Weniger Schaum beim Abfüllen druckfermentierter Getränke
Wer kennt das nicht? Man möchte sein Ferment abfüllen. Der Druckbehälter zeigt drei, vier, fünf oder noch mehr bar an. Man öffnet den Auslauf, und heraus kommt Schaum. Schaum, Schaum, Schaum.
Eine naheliegende Lösung: Das Getränk zunächst in einen Zwischenbehälter füllen, warten, bis sich der Schaum gesetzt hat, und anschließend in Flaschen abfüllen. Auch ich habe das so gemacht. Doch dabei geht ein Teil des CO₂ verloren, das wir eigentlich in unseren Flaschen haben möchten.
Durch eine Nachgärung lässt sich wieder CO₂ erzeugen. Dafür gibt man eine bestimmte Menge vergärbaren Zuckers zu, häufig als Primer bezeichnet. Aber wie wäre es, wenn wir mehr von dem CO₂ erhalten könnten, das bei der Fermentation bereits vorhanden ist?
Ein möglicher Ansatz ist, das Getränk vor dem Abfüllen zu kühlen. Um herauszufinden, was das bringen könnte, lohnt sich ein Blick auf das Zusammenspiel von Druck, Temperatur und gelöstem CO₂.
Warum beim Abfüllen Blasen entstehen
Im geschlossenen Behälter befindet sich CO₂ sowohl im Gasraum als auch gelöst in der Flüssigkeit. Wie es sich zwischen beiden verteilt, hängt unter anderem von der Temperatur und dem CO₂-Druck über dem Getränk ab. Im Gleichgewicht kann bei höherem CO₂-Druck mehr Gas gelöst bleiben. Diesen Zusammenhang beschreibt das Henry-Gesetz. [1]
Beim Abfüllen in eine offene Flasche fällt der Druck ab. Das Getränk enthält dann mehr gelöstes CO₂, als unter den neuen Bedingungen im Gleichgewicht bleiben könnte. Ein Teil tritt aus der Lösung aus. Kleine eingeschlossene Gasbläschen an Partikeln und Oberflächen können dabei als Ausgangspunkte für wachsende Blasen dienen. [2]
Wenn diese Blasen einen Schaum bilden, wird das Abfüllen mühsam. Ein offener Zwischenbehälter verschafft dem Schaum zwar Zeit zum Zusammenfallen. Das dabei an die Umgebung abgegebene CO₂ steht dem Getränk anschließend aber nicht mehr zur Verfügung.
Wie Kühlung das gelöste CO₂ beeinflusst
Kaltes Wasser kann bei gleichem CO₂-Druck mehr CO₂ lösen als warmes. Aus den Temperaturdaten des NIST lässt sich näherungsweise berechnen, wie groß dieser Unterschied ist. Setzen wir das Lösungsvermögen bei 21 °C gleich 100 Prozent, ergibt sich folgender Vergleich. [3]
| Getränketemperatur | Relatives CO₂-Lösungsvermögen |
| 21 °C | 100 % |
| 10 °C | etwa 137 % |
| 5 °C | etwa 160 % |
| 2 °C | etwa 176 % |
Eigene Berechnung für Wasser bei jeweils gleichem CO₂-Partialdruck. Die Werte beschreiben die Löslichkeit im Gleichgewicht. Zucker, Alkohol und weitere Bestandteile können die Löslichkeit im tatsächlichen Fermentgetränk verändern. [1, 3]
Bei 5 °C ist das Lösungsvermögen in dieser Näherung also rund 60 Prozent höher als bei 21 °C. Das erklärt, warum Kühlung das Abfüllen erleichtern kann. Auch Hersteller industrieller Abfüllanlagen beschreiben geringeres Schäumen bei niedrigeren Fülltemperaturen. [4]
Beim Kühlen eines geschlossenen Behälters bleibt die vorhandene CO₂-Gesamtmenge zunächst erhalten, sofern kein Gas entweicht und keine weitere Bildung oder Umsetzung stattfindet. Ein Teil des CO₂ kann aus dem Gasraum zusätzlich in die Flüssigkeit übergehen. Dabei sinkt der Druck. Ein Druckabfall während der Kühlung allein belegt deshalb keinen CO₂-Verlust. [1]
Das Getränk enthält nach dem Kühlen allerdings nicht automatisch 60 Prozent mehr CO₂: Dieser Vergleich gilt nur bei gleichem CO₂-Druck. Im geschlossenen Fermenter verändern sich Druck und Verteilung gemeinsam.
Ein Eisbad für den kleinen Fermenter
Für einen ersten Versuch möchte ich meinen kleineren Fermenter mit etwa 20 Litern Fassungsvermögen verwenden. Er soll geschlossen in einen größeren, geeigneten Behälter gestellt werden. Den Zwischenraum fülle ich mit Eis und Wasser, sodass die Flüssigkeit im Fermenter von außen abkühlt.
Crushed Ice lässt sich gut um den Behälter verteilen. Das ergänzte Wasser verbessert den Kontakt zur Behälterwand, weil es Luftzwischenräume ausfüllt. Ein Eis-Wasser-Bad kann Wärme deshalb besser übertragen als Eis allein. [5]
Als erste Vergleichstemperatur plane ich 10 °C, als weiteres Ziel etwa 5 °C. Entscheidend ist dabei die Temperatur des Getränks. Kaltes Badewasser oder eine kalte Behälterwand zeigen noch nicht, dass auch der gesamte Inhalt ausreichend abgekühlt ist.
Wie viel Eis für 20 Liter benötigt wird
Für die Rechnung nehme ich zunächst 20 Liter tatsächlichen Getränkebestand bei 21 °C an. Ist der Fermenter nur teilweise gefüllt, muss die Menge entsprechend angepasst werden.
Wir behandeln das Getränk näherungsweise wie Wasser. Dann entsprechen 20 Liter etwa 20 Kilogramm. Um ein Kilogramm Wasser um ein Grad abzukühlen, müssen ungefähr 4,18 Kilojoule Wärme abgeführt werden. Von 21 auf 5 °C beträgt der Temperaturunterschied 16 Grad. [6]
Eis bei 0 °C nimmt beim Schmelzen etwa 333,5 Kilojoule Wärme je Kilogramm auf. Wenn wir zunächst nur diese Schmelzwärme nutzen, ergibt sich daraus der Eisbedarf. [7]
| Abkühlung von 21 °C auf | Eisbedarf für das Getränk allein |
| 10 °C | etwa 2,8 kg |
| 5 °C | etwa 4,0 kg |
| 2 °C | etwa 4,8 kg |
Die Rechnung berücksichtigt zunächst nur das Getränk. Behälter und Badewasser müssen ebenfalls gekühlt werden; zusätzlich gelangt Wärme aus der Umgebung ins Bad. Die weitere Wärmeaufnahme durch das sich erwärmende Schmelzwasser bleibt in dieser vereinfachten Rechnung dagegen unberücksichtigt.
Für den ersten Versuch mit 20 Litern und dem Ziel 5 °C würde ich deshalb etwa sechs bis acht Kilogramm Eis bereithalten. Das ist eine Planungsreserve, kein bereits gemessener Verbrauch. Eine passende Wanne und möglichst wenig, vorgekühltes Badewasser verringern den zusätzlichen Bedarf. Sind beispielsweise nur 15 Liter Getränk enthalten, beträgt der rechnerische Eisbedarf für das Getränk allein rund drei Kilogramm.
So soll der Vergleich ablaufen
Zuerst möchte ich eine kleine Abfüllprobe bei der Ausgangstemperatur durchführen. Anschließend wird der geschlossene Behälter gekühlt. Bei ungefähr 10 °C und später bei etwa 5 °C folgen weitere Probefüllungen. Ich lasse vor jeder Probe Zeit für einen möglichst gleichmäßigen Temperaturzustand.
Für den Vergleich verwende ich dieselbe Abfülltechnik, dieselbe Flaschengröße und dieselbe Zielfüllmenge. Die Temperatur der Flaschen soll bei allen Proben möglichst gleich sein und ebenfalls festgehalten werden. Denn auch sie beeinflusst das Schäumen. [8]
Tatsächliche Getränkemenge sowie Getränketemperatur und Behälterdruck bei jeder Probe
Temperatur des Eis-Wasser-Bades, eingesetzte Eismenge und Kühlzeit
Abfüllzeit für eine festgelegte Getränkemenge und sichtbare Schaumbildung
Flaschentemperatur und auffällige Veränderungen während des Abfüllens
Dieser Versuch vergleicht die praktische Abfüllung während des Abkühlens. Er isoliert nicht allein den Temperatureffekt: Auch der Behälterdruck verändert sich, und durch die Probefüllungen wird Inhalt entnommen. Deshalb gehört der jeweils gemessene Druck zum Protokoll.
Was der Versuch zeigen soll
Die physikalischen Grundlagen sprechen dafür, dass Kühlung das Schäumen verringern kann. [4] Für diesen Versuch verwende ich meinen vorhandenen Dosierer und fülle in offene Flaschen ab. Der Druckabfall bleibt dabei bestehen. Untersucht wird, wie sich die Kühlung unter diesen Bedingungen auf die Schaumbildung und das Abfüllen auswirkt.
Ob das Eisbad mit meinem Fermenter und meinem Getränk ausreichend hilft, muss der Versuch zeigen. Weniger Schaum wäre ein praktischer Erfolg. Wie viel CO₂ tatsächlich in der Flasche erhalten bleibt, lässt sich aus der Schaummenge allein nicht sicher bestimmen.
Wenn künftig mehr CO₂ bei der Abfüllung erhalten bleibt, muss auch die bisherige Primerzugabe neu betrachtet werden. Das vorhandene CO₂ gehört in die Berechnung der gewünschten Flaschenkarbonisierung. Ob die zusätzliche Nachgärung dadurch kleiner ausfallen oder ganz entfallen kann, bleibt eine offene Frage für die weitere Untersuchung.
Quellen und Berechnungsgrundlagen
[1] Anton Paar Carbon dioxide in beverages
[3] NIST Chemistry WebBook Carbon dioxide Henrys Law data Berechnung mit kH bei 298,15 K = 0,034 mol/(kg·bar) und Temperaturparameter 2.400 K.
[4] Krones Filling warmer and saving energy 2025
[5] University of York Chemistry Teaching Labs Cooling
[6] Rutgers University Materials and Models Kapitel 7
[7] Wexler Vapor Pressure Formulation for Ice National Bureau of Standards 1977