Direkt befeuerte Maischekessel

Beim Testen der verschiedenen Konfigurationen von Brauanlagen und verschiedener Brauarten stieß ich auf einen mögliche Problembereich für eine bestimmte Gerätekonfiguration: den direkt befeuerten Maischekessel. Hier wird die Wärmequelle direkt auf (oder innerhalb) des Maischekessels aufgebracht. Kann eine direkte Erwärmung des Maisches zu einer schädlichen Überhitzung deiner Würze führen? Ich habe es auf die Probe gestellt.

Warum Überhaupt den Maischekessel direkt befeuern?

Die Temperatur der Maische hat einen direkten Einfluss auf die Vergärbarkeit, den Geschmack und das Mundgefühl deines Bieres. Die Steuerung hilft dir, die Aktivität verschiedener Maischenzyme bevorzugt auszuwählen und ermöglicht es dir, das endgültige Würzeprofil nach deinen Wünschen einzustellen. Die Möglichkeit, die Temperatur der Maische zu kontrollieren, schafft ein höheres Maß an Konsistenz zwischen deiner Brauvorgänge und ist ein wichtiges Mittel zur Verbesserung des brauen.

Es gibt viele Möglichkeiten, eine stabile Maischtemperatur zu halten und ein Stufenrast bei verschiedenen Temperaturen durchzuführen, einschließlich:

  1. Deinen Maischekessel isolieren. Somit kannst du die Temperatur über 60 Minuten lang auf 1-2°C halten. Gleiches gilt für den Thermport oder den amerikanischen Kühlbox Maischbottich. Du kannst die Temperatur erhöhen, indem du die Maische mit heißem Wasser aufgibst.
  2. A HERMS system circulates your wort through a heat exchanger submersed in hot water
  3. A RIMS system circulates your wort through a tube into which a heating element has been mounted.
  4. A direct fired mash kettle uses a heating element in the kettle, or a gas or electric burner underneath.

Option 1 ist ein guter Weg, besonders wenn man die Dinge einfach halten möchte. Es kann auch die kostengünstigste Option sein. Die Optionen 2 und 3 werden komplizierter und teurer, machen aber viel mehr Spaß beim Aufbau und Betrieb und liefern bessere Ergebnisse – meiner Meinung nach. Die zusätzlichen Kosten kann dich abschrecken, weshalb ich in diesem Beitrag die Option 4 in Betracht ziehen möchte.

Das direkte befeuern eines Maischekessel ist sinnvoll, wenn du eine stabile Temperatur beibehalten oder einen Stufenrast machen will, bei gleichzeitiger Minimierung deiner Gerätekosten.

Du musst die Würze in diesem Szenario in Bewegung halten (Erklärung unten), die meisten Leute erreichen dies durch manuelles Rühren, motorisiertes Mischen, oder Pumpen. Ich war schon immer eine „gepumpte Würze“ Typ und bin nie wirklich in die motorisierten Maischebehälter geraten, aber mehr dazu in einem anderen Beitrag.

In diesem Beitrag werde ich mich speziell auf das Testen eines direkt befeuerte BIAB-Systems konzentrieren. Bei diesem Setup wird alles in einem Kessel gemacht: Maischen, Läutern und Kochen. Es gibt nur ein einziges Heizelement, und wahrscheinlich brauchst du nicht einmal eine Pumpe, wenn du beim Heizen rühren nichts dagegen hast. Es ist eine großartige Möglichkeit, mit dem Brauen zu beginnen, und es ist immer noch mein ausgewählte Brauverfahren etwa die Hälfte der Zeit.

Jedoch war ich nie ganz mit direkte befeurte Methoden zufrieden und hatte Bedenken über 2 mögliche Probleme: vorzeitige Denaturierung von Enzymen durch lokale Überhitzung, und der Verbrennung der Würze.

Enzym Denaturierung

Im Hinblick auf vorzeitig Denaturierung der Enzyme hängt das Ausmaß der Besorgnis teilweise von deiner Interpretation der Wissenschaft hinter den Enzymen ab. Die meisten Quellen scheinen darin übereinzustimmen, dass die Denaturierung von Beta- und Alpha-Amylase bei höheren Temperaturen schneller erfolgt, und das der Prozess sehr stark von der Zeit abhängig ist. Schon ein oder zwei Minuten bei erhöhter Temperatur können einen minimalen Einfluss auf die Gesamtmenge der verfügbaren Enzyme haben: Kai (der Braukaiser) hat eine interessante Artikel zu diesem Thema, ebenso wie Chris Colby vom Beer & Wine Journal.

Solange man die Würze in Bewegung hält, sollten die Enzymmoleküle in Suspension keine nennenswerte Zeit bei erhöhter Temperatur sehen, bevor sie sich wieder in die kühlere Würze außerhalb der Wärmequelle begeben. Öfters habe ich und viele andere das direkte befeurte Methode benutzt, ohne an schlechter Verzuckerung oder Vergärbarkeits Problemen zu leiden. Dabei werde ich vermuten, dass solange die Würze in Bewegung ist, es nicht genug Energie gibt, um die Enzyme dauerhaft zu denaturieren.

Verbrennung des Würzes

Es ist durchaus möglich, der Würze zu verbrennen. Es ist mir nur einmal passiert, als bei der Umwälzung einer BIAB verfahren der Durchfluss der Pumpe begrenzt wurde und das Element für ein oder zwei Minuten trocken abgefeuert wurde. Ich konnte es früh genug fangen, um mein Element zu retten, aber die Würze war ruiniert. Man konnte riechen, dass es verbrannt war.

Durch Rühren oder Umwälzen der Würze während des Erhitzens versuchen wir, die Flüssigkeit schnell genug von der Heizquelle wegzubewegen, um ein direktes Kochen oder Verbrennen der Würze zu verhindern. Besteht die Gefahr, dass die Temperaturen hoch genug sind, um Verbrennungen zu verursachen?

Wie heiß wird es?

Ich wollte dies testen, um zu sehen, wie heiß es um das Heizelement herumgeht, während ich ein gepumpte Anlage verwende.

Ich habe mit 31L Wasser und 4,5kG Pils, mit einem Spalt von 1 mm geschrotet, eingemaischt. Hier ist die Geräteliste für meinen Testaufbau:

  • Craft Hardware 57L Kessel mit Brew Bag Maischesack
  • 3kW Heizelement im Kessel montiert
  • Custom false bottom with 12mm holes mounted 7cm from the bottom of the kettle.
  • 6 temperature sensors. 5 in the kettle and 1 in the kettle output (see diagram below). The special false bottom allowed for precise sensor locations.
  • TD5 brewing pump, flow control via the output ball valve.
  • Craft Hardware kettle mount sparge arm.
  • Craft Hardware Standard Tauchrohr
  • Spezielle mittig montiertes Tauchrohr
  • Craftbeerpi für die Steuerung und Temperaturmessung

Ich habe 6 Zyklen mit dem 3 kW Heizelement durchgeführt: 4 bei voller Leistung und 2 bei 50% Leistung (Craftbeerpi-fans: Ich habe die PIDBoil-Steuerung für die Tests mit voller Leistung und die SimplePID-Steuerung für reduzierte Leistung verwendet). Ich habe auch die Pumpenfördermenge variiert und die seitlich und mittig montierten Tauchrohre separat getestet. Während jedes Zyklus habe ich die Würzetemperaturen von 60C – 65C gebracht. Danach wurde die Würze für den nächsten Test wieder abkühlen gelassen.

Die Testergebnisse

Ich habe ein Bild, das den kompletten Datensatz hier zeigt, falls du dich dafür interessiert. Nachfolgend eine Zusammenfassung:

  • Die im Maischekesselausgang (Sensor 1) gemessenen Temperaturen waren konstant und ziemlich unauffällig und stiegen langsam auf die gewünschte Endtemperatur von 65°C an, wobei bei jedem Test wenig bis kein Überschwingen auftrat. Hurra!
  • Es gab lokale Wärmestellen bis zu 75-80°C direkt über dem Heizelement (unter dem Läuterboden).
  • Temperatures in the mash bed were a bit lower, and reached 65-70C during heating.
  • Temperatures were lower across the board when using reduced power of 1.5 kW. The 65C target was reached in 9-10 minutes.
  • Die Tests bei 3kW Leistungseinstellung dauerten alle 5-6 Minuten, um die Solltemperatur zu erreichen, unabhängig von der Pumpenfördermenge.
  • Der mittlere Tauchrohr führte zu niedrigeren Temperaturen als der seitliche, aber nur wenn der maximaler Durchfluss bei 21 L/min erreicht wurde.
  • The center pickup resulted in higher temperatures compared to the side pickup, when the flow rate was limited to 5 L/min

Zunächst einmal ist es definitiv nicht empfehlenswert, die Pumpe während des Maischens auf volle Leistung einzustellen! Es ist eine gute Möglichkeit, das Getreidebett zu verdichten und eine Läuterkatastrophe zu schaffen, was zu einem ausgebrannten Heizelement und einer ruinierten Würze führt. Wie auch immer, ich werde diese Ergebnisse bei 21L/min Durchfluss nicht weiter diskutieren, weil:

Die Ergebnisse zeigen, dass beim direkte Befeuerung, der Begrenzung des Durchflusses bei 5 L/min die Heizrate nicht reduziert.

Lass uns nun einen genaueren Blick auf die sinnvollere – und realistischere – Durchflussmenge von 5 l/min Testergebnissen werfen. Hier habe ich den Durchschnitt der Ergebnisse für die Temperatursensoren 2-5 dargestellt, die alle unterhalb des Läuterbodens im Kessel liegen:

Temperaturfühler 2-5 Ergebnisse

Die Ergebnisse des mittleren Tauchrohrs zeigten höhere Temperaturen als die Ergebnisse des seitlichen Tauchrohrs bei einer gegebenen Leistungseinstellung. Ich bin mir nicht ganz sicher, warum das so sein sollte. Eine mögliche Erklärung ist, dass es mehr Reibung im längeren mittleren Tauchrohr gab, was den Durchfluss ein wenig reduziert. Aber auch ich selbst finde das nicht ganz überzeugend. Weitere Tests wären gerechtfertigt, um eine bessere Antwort zu erhalten.

Auf jeden Fall geht mich keines dieser Ergebnisse allzu sehr an. Die Würze ist frei beweglich unter dem Läuterboden, und wir sind weit entfernt von Siede- oder Verbrennungstemperaturen. Wenn man auf Nummer sicher gehen will, können niedrigeren Temperaturen durch eine Reduzierung der Heizleistung erreicht werden. In Anbetracht dessen, dass die Heizrate dadurch reduziert wurde, müsst du geduldiger sein, wenn du dich für diesen Ansatz entscheidest.

Betrachten wir nun die Maischbetttemperatur vom Temperatursensor 6 in der Mitte ca. 3,5 cm über dem Läuterboden:

Die Temperaturen im Maischbett erreichen 70°C, wenn das Heizelement mit einer Leistung von 3kW eingestellt wird. Ich bin mir nicht sicher, was mit der blauen Kurve passiert ist, die anderen Ergebnisse für diesen Test erscheinen normal, also frage ich mich, ob es einen Sensorfehler gab. Egal wie: Ich bin wieder nicht allzu besorgt über diese Temperaturen; auch im Maischebett lasst sich die Würze zirkulieren.

Empfehlungen

Relax, don’t worry, have a homebrew (RDWHAHB)!

Aber im Ernst, ich bin nicht allzu besorgt darüber, dass die lokalen Temperaturen 75-80C erreichen, solange wir die Würze schnell genug von diesem Bereich wegbewegen. Bis sich die Würze im Tauchrohr befindet, liegen die Temperaturen bereits wieder im Zielbereich. Außerdem habe ich noch nie von anderen gehört, die sich über unerwartete Probleme bei der Vergärbarkeit oder schlechte Verzuckerung beim direkten Erhitzen beschweren, also sehe ich wieder keinen größeren Grund zur Sorge.

Die größere Sorge ist, dass der Pumpenvolumenstrom reduziert wird oder versehentlich ganz zum Stillstand kommt, in diesem Fall wirst du der Würze definitiv verbrennen oder kochen. Nehme geeignete Schutzmaßnahme wie einen Durchflussmesser oder ein Relais vor, um Ihr Heizelement auszuschalten, wenn die Pumpe ausgeschaltet oder der Durchfluss reduziert wird.

Du kannst gerne anderer Meinung sein! Und selbst wenn du nur auf Nummer sicher gehen willst, reduziere einfach die Leistung deiner Heizquelle, oder wähle eine andere Methode wie HERMS, RIMS oder einfach nur KISS (keep it simple, stupid) und isoliere deinen Kessel, um deinen Maischetemperaturen zu halten.

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