Die Kohlensäure ist eines der charakteristischen Merkmale von Kombucha.
Verbraucher erwarten, dass fertiges Kombucha eine leichte, erfrischende Spritzigkeit aufweist, doch die konsistente Erzeugung dieses Kohlensäuregehalts im industriellen Maßstab ist weitaus komplizierter, als einfach nur fermentierten Tee in eine verschlossene Flasche zu füllen.
Das Kohlendioxid in Kombucha kann durch fortgesetzte mikrobielle Gärung entstehen oder direkt durch Zugabe von lebensmitteltauglichem CO₂ eingebracht werden. Diese beiden Verfahren werden gemeinhin als natürliche Karbonisierung und künstliche Karbonisierung bezeichnet.
Beide lassen sich zu sprudelndem Kombucha verarbeiten, verhalten sich jedoch unterschiedlich und stellen unterschiedliche Anforderungen an den Herstellungsprozess.
Für einen kommerziellen Kombucha-Hersteller geht es nicht nur darum, wie man Kombucha sprudelnd macht. Es geht vielmehr darum, wie man den gewünschten Kohlensäuregehalt konsistent, sicher und ohne Einbußen bei der Gärung, dem Geschmack und der Abfüllung erreicht.
Woher stammt das CO₂ in Kombucha?
Während der Kombucha-Gärung verstoffwechseln Hefen Zucker und produzieren verschiedene Gärungsprodukte, darunter Ethanol und Kohlendioxid.
Wenn die Gärung in einem offener oder belüfteter Behälter, entweicht ein Großteil des CO₂ in die Umgebung. Das Getränk kann daher eine gewisse natürliche Kohlensäure entwickeln, behält jedoch in der Regel nicht denselben Gehalt an gelöstem Gas bei wie ein gedichteter Druckbehälter.
Die Kohlensäurebildung gewinnt an Bedeutung, wenn die Gärung in einer geschlossenen Umgebung fortgesetzt wird.
Bei der natürlichen Kohlensäurebildung werden verbleibende vergärbare Zucker durch die noch im Getränk vorhandenen Mikroorganismen in CO₂ umgewandelt. Ist der Behälter verschlossen, löst sich das entstehende Gas nach und nach in der Flüssigkeit auf und erhöht den Druck im Inneren des Behälters.
Das ist das Grundprinzip hinter der Flaschengärung und anderen Formen der Nachgärung.
Die künstliche Karbonisierung funktioniert anders. Anstatt darauf zu setzen, dass Mikroorganismen die erforderliche Gasmenge erzeugen, wird lebensmitteltaugliches CO₂ unter kontrolliertem Druck in das Getränk eingeleitet und lässt sich in der Flüssigkeit auflösen.
Der Unterschied ist ganz einfach:
- Bei der natürlichen Kohlensäurebildung wird CO₂ durch Gärung erzeugt.
- Bei der Zwangskarbonisierung wird dem Getränk direkt CO₂ zugesetzt.
Die Auswirkungen auf die Produktion sind jedoch erheblich.
Natürliche Kohlensäure vs. künstliche Kohlensäure
Die natürliche Kohlensäurebildung kann für Kombucha-Hersteller attraktiv sein, da sie eng mit dem traditionellen Gärungsprozess verbunden ist.
Ein Hersteller kann zulassen, dass Restzucker und aktive Hefe nach der Hauptgärung weitervergären. In einer geschlossenen Umgebung bleibt das dabei entstehende CO₂ im Getränk zurück.
Dieser Ansatz kann zu einem komplexen Gärungsprofil beitragen, ist jedoch von Natur aus auch schwieriger zu kontrollieren.
Die Mikroorganismen bestimmen die Geschwindigkeit der Gasbildung. Der verfügbare Zucker bestimmt, in welchem Umfang eine weitere Gärung stattfinden kann. Temperaturschwankungen können die mikrobielle Aktivität beeinflussen. Der Druck im Behälter wirkt sich auf die CO₂-Löslichkeit aus. Die Verpackungsbedingungen bestimmen, wie viel von diesem Gas letztendlich zurückgehalten wird.
Daher kann die natürliche Kohlensäurebildung zu Schwankungen zwischen den einzelnen Chargen führen, sofern der Prozess nicht sorgfältig kontrolliert wird.
Die erzwungene Kohlensäurezufuhr bietet einen anderen Ansatz.
Anstatt von der Gärkultur zu verlangen, genau die Menge an CO₂ zu produzieren, die für das fertige Getränk benötigt wird, kann der Hersteller die Kohlensäurezufuhr in einem separaten Verarbeitungsschritt anpassen.
Dadurch lässt sich vor dem Befüllen leichter ein gleichbleibender Gehalt an gelöstem CO₂ einstellen.
Keine der beiden Methoden ist automatisch besser.
Die richtige Wahl hängt vom gewünschten Produktprofil, dem Produktionsumfang, der Fermentationsstrategie, dem Verpackungsformat und dem erforderlichen Grad an Prozesskontrolle ab.
Warum die Karbonisierung im industriellen Maßstab schwierig ist
Eine kleine Flasche und ein industrieller Gärtank verhalten sich ganz unterschiedlich.
In einem kleinen, verschlossenen Behälter kann bereits eine geringe zusätzliche Gärung den Druck und die Kohlensäuregehalt spürbar erhöhen.
In einem großen Produktionssystem gewinnt der Zusammenhang zwischen Flüssigkeitsvolumen, Kopfraum, Temperatur, Druck und CO₂-Löslichkeit deutlich an Bedeutung.
Es wirken mehrere Variablen gleichzeitig zusammen.
Restzucker
Hefe benötigt vergärbares Substrat, um zusätzliches CO₂ zu erzeugen.
Wenn zu wenig vergärbarer Zucker übrig bleibt, kann die natürliche Kohlensäurebildung schwach ausfallen. Bleibt hingegen zu viel übrig, kann die Gärung stärker als beabsichtigt fortschreiten.
Hefeaktivität
Kombucha entsteht durch eine lebende Gärung und nicht durch einen einfachen chemischen Karbonisierungsprozess. Die Hefeaktivität kann sich im Laufe der Zeit verändern und von Charge zu Charge variieren.
Temperatur
CO₂ ist in kalten Flüssigkeiten besser löslich als in warmen. Aus diesem Grund lassen sich die Bedingungen für die Karbonisierung nicht von der Temperaturregelung trennen.
Ein bei einer bestimmten Temperatur mit Kohlensäure versetztes Getränk kann bei einer Temperaturänderung eine unterschiedliche Menge an gelöstem Gas enthalten.
Druck
Es ist Druck erforderlich, damit das CO₂ im Getränk gelöst bleibt.
Der Druck im Behälter muss daher zusammen mit der Flüssigkeitstemperatur und dem gewünschten Kohlensäuregehalt berücksichtigt werden.
Durchmischung und Gas-Flüssigkeits-Kontakt
CO₂ muss ausreichend mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen, um sich effizient aufzulösen.
Im kommerziellen Maßstab können die Geometrie des Tanks, die Art der Gaseinspeisung, die Flüssigkeitsbewegung sowie die Auslegung des Karbonisierungssteins oder des Diffusors die Karbonisierungsleistung beeinflussen.
Aus diesem Grund garantiert das bloße Einleiten von CO₂ in einen großen Tank nicht automatisch eine gleichmäßige Kohlensäurebildung.
Wie funktioniert die Zwangskohlensäurezufuhr?
In einer kommerziellen Anlage zur Zwangskohlensäurezufuhr wird das fermentierte Kombucha in einen druckfesten Behälter umgefüllt.
Das Getränk wird auf eine geeignete Karbonisierungstemperatur abgekühlt, und lebensmitteltaugliches CO₂ wird über einen speziellen Karbonisierungsanschluss oder ein Diffusionssystem zugeführt.
Das Gas löst sich in der Flüssigkeit auf, während das Gefäß unter Druck gehalten wird.
Je nach Anlage kann die Karbonisierung in einem Brite-Tank, einem speziellen Karbonisierungsbehälter oder einem druckfesten Nachgärtank erfolgen.
Die grundlegende Abfolge lautet:
Gärendes Kombucha → Kühlung → Druckbehälter → CO₂-Zugabe → Auflösung → Kohlensäurehaltiges Kombucha → Abfüllung
Der Vorgang klingt zwar einfach, doch um eine gleichbleibende Karbonisierung zu erzielen, muss jeder einzelne Schritt genau kontrolliert werden.
Wie viel CO₂ sollte Kombucha enthalten?
Es gibt keinen einheitlichen Kohlensäuregehalt, der für jedes Kombucha gleichermaßen geeignet ist.
Das Ziel hängt ab von:
- Produktstil
- Säuregehalt und Geschmacksprofil
- Verpackungsform
- Einsatzbedingungen
- Verbraucherpräferenz
- Abfüllanlagen
- Lagertemperatur
Ein stark kohlensäurehaltiges Kombucha erfordert möglicherweise einen anderen Zielwert als ein Produkt mit geringer Kohlensäure.
Entscheidend ist, dass kommerzielle Hersteller die Kohlensäuregehalte als messbare Spezifikation definieren sollten.
Anstatt sich auf Aussagen wie “sprudelnd genug” zu verlassen, kann ein Produktionsteam einen Zielbereich für den Gehalt an gelöstem CO₂ festlegen und geeignete Mess- und Qualitätskontrollverfahren einsetzen, um das Ergebnis zu überprüfen.
Dies ist besonders wichtig, wenn das Produkt in Flaschen oder Dosen abgefüllt wird.
Was ist ein Brite-Tank?
A Brite-Tank ist ein geschlossenes, druckfestes Gefäß, das zur Reifung, Lagerung, Klärung und/oder Karbonisierung von Getränken verwendet wird.
Bei Kombucha kann dieser Schritt als Zwischenstufe zwischen der ersten Gärung und der endgültigen Abfüllung dienen.
Ein typischer Werbespot Brite-Tank können unter anderem sein:
- Kühlleistung;
- druckfeste Bauweise;
- CO₂-Zufuhr;
- Kohlensäurestein oder Diffusor;
- Hygienisches Probenahmeventil;
- Druckentlastungs- und -regelungsvorrichtungen;
- CIP-Sprühvorrichtung;
- Abfluss- und Anschlussstutzen für Sanitäranlagen.
Diese Art von Behälter bietet dem Hersteller deutlich mehr Kontrolle, als wenn er sich ausschließlich auf die natürliche Flaschenreifung verlassen würde.
Das Getränk kann gekühlt, unter kontrolliertem Druck gehalten, gemäß den Vorgaben mit Kohlensäure versetzt und direkt in eine Abfüllanlage geleitet werden.
Die kommerziellen „Brite Tanks“ von Tiantai für Kombucha sind speziell für diesen Betriebszweck konzipiert und verfügen über eine druckfeste Edelstahlkonstruktion, Temperaturregelungsmäntel, hygienische Probenahmevorrichtungen, CIP-Vorrichtungen, einen Druckschutz sowie einen speziellen Anschluss für die CO₂-Karbonisierung.
Kohlensäurestein: Warum ist er wichtig?
Ein Karbonisierungsstein ist eine Vorrichtung zur Gasdiffusion, mit der CO₂ über sehr kleine Öffnungen in die Flüssigkeit eingeleitet wird.
Das Ziel besteht darin, eine große Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche zu schaffen, damit sich das CO₂ effizient auflösen kann.
Im gewerblichen Maßstab sollte der Karbonisierungsstein auf den Tank und die Prozessbedingungen abgestimmt werden.
Faktoren wie die Porosität des Steins, der Standort, der Gasstrom, der Druck, die Flüssigkeitstemperatur und die Behältergeometrie beeinflussen die Karbonatisierungsleistung.
Ein falsch konfiguriertes System kann zu einer ungleichmäßigen Karbonisierung führen oder übermäßig viel Zeit benötigen, um den Zielwert zu erreichen.
Eine sachgemäße Konstruktion der Anlagen kann zudem unnötige Verwirbelungen verringern und dazu beitragen, das fertige Getränk vor übermäßiger Sauerstoffeinwirkung zu schützen.
Natürliche Kohlensäure und künstliche Kohlensäure können ebenfalls kombiniert werden
Kommerzielle Produzenten müssen sich nicht unbedingt ausschließlich für eine Methode entscheiden.
Ein Kombucha kann einer natürlichen Gärung unterzogen werden und während der Nachgärung eine gewisse Kohlensäure entwickeln, woraufhin vor der Abfüllung eine kontrollierte Anpassung mittels CO₂ erfolgt.
Dieser hybride Ansatz ermöglicht es einem Hersteller, einen Teil des Gärungscharakters beizubehalten und gleichzeitig den endgültigen Kohlensäuregehalt besser zu steuern.
Die richtige Balance hängt vom Getränkekonzept ab.
Bei einem natürlich fermentierten Produkt kann eine zusätzliche biologische Aktivität beabsichtigt sein.
Bei einem Produkt, bei dem die Konsistenz zwischen den Chargen oberste Priorität hat, kann ein größerer Teil der abschließenden Karbonisierung mechanisch erfolgen.
Wichtig ist, den Zweck jeder Phase zu definieren.
Warum die gewerbliche Kohlensäurebeigabe unter Berücksichtigung des gesamten Prozesses konzipiert werden sollte
Die Karbonisierung ist kein isolierter Schritt am Ende der Kombucha-Herstellung.
Es steht im Zusammenhang mit den Prozessen der Gärung, Kühlung, Aromatisierung, Filtration, Lagerung, Umfüllung und Abfüllung.
So können beispielsweise Fruchtsäfte zusätzliche vergärbare Zucker hinzufügen. Durch die Filtration kann sich die Menge der im Getränk verbleibenden Hefe verändern. Temperaturschwankungen können sowohl die Gärungsaktivität als auch die CO₂-Löslichkeit beeinflussen.
Selbst die Abfüllmethode kann den endgültigen Kohlensäuregehalt beeinflussen, den das Produkt beim Verbraucher erreicht.
Das bedeutet, dass ein Karbonisierungssystem entsprechend dem gesamten Produktionsprozess ausgewählt werden sollte.
Ein Hersteller, der eine Charge von 500 Litern plant, hat andere Anforderungen als eine Anlage, die mehrere tausend Liter pro Charge produziert. Eine Marke, die gekühlten, lebenden Kombucha verkauft, benötigt möglicherweise ebenfalls eine andere Strategie als ein Hersteller, der Stabilisierungsverfahren oder andere Nachgärungsbehandlungen einsetzt.
Entwurf eines kommerziellen Systems zur Kohlensäurezufuhr für Kombucha
Bei der kommerziellen Kombucha-Herstellung sollte ein gut konzipiertes Karbonisierungssystem die Kontrolle über die Variablen ermöglichen, die den Gehalt an gelöstem CO₂ bestimmen.
Je nach Verfahren kann dies Folgendes umfassen:
Temperaturregelung
Das Getränk sollte auf die richtige Temperatur für die Kohlensäurebildung gekühlt werden.
Druckregelung
Der Behälter und das Druckregelsystem sollten für die vorgesehenen Karbonatisierungsbedingungen geeignet sein.
Effiziente CO₂-Diffusion
Ein richtig konstruierter Karbonisierungsstein oder Diffusor verbessert den Gas-Flüssigkeits-Kontakt.
Sanitärbau
Alle produktberührenden Bauteile sollten mit den Reinigungs- und Desinfektionsverfahren der Anlage kompatibel sein.
Präzise Überwachung
Die Bediener sollten in der Lage sein, relevante Prozessparameter zu überwachen, anstatt sich ausschließlich auf die visuelle Beurteilung der Karbonisierung zu verlassen.
Kontrollierte Übertragung
Das kohlensäurehaltige Getränk sollte mit möglichst geringem unnötigen Druckverlust und möglichst geringer CO₂-Freisetzung auf die Abfüllanlage befördert werden.
Die kommerziellen Kombucha-Anlagen von Tiantai können geschlossene Druckfermentations- und Reifungsbehälter mit speziellen Karbonisierungsanschlüssen, Kühlmänteln, hygienischen Transferanschlüssen und CIP-Funktionalität integrieren. Die genaue Anlagenkonfiguration hängt vom Chargenvolumen, dem Karbonisierungsverfahren, der Fermentationsstrategie und den Verpackungsanforderungen ab.
Die Wahl der richtigen Methode zur Kohlensäurezugabe
Für einen kommerziellen Kombucha-Hersteller lässt sich die Entscheidung in praktischer Hinsicht zusammenfassen.
Eine natürliche Kohlensäurebildung kann sinnvoll sein, wenn der Gärcharakter und traditionelle Herstellungsverfahren eine wichtige Rolle spielen und wenn der Hersteller ausreichende Kontrolle über den Restzuckergehalt, die Hefeaktivität, die Temperatur, die Reifezeit und den Druck in der Verpackung hat.
Eine erzwungene Karbonisierung kann vorzuziehen sein, wenn der Schwerpunkt auf einer wiederholbaren Karbonisierung, der Produktionseffizienz, einer präzisen Steuerung und einer einfacheren Integration in einen kommerziellen Abfüllprozess liegt.
Ein hybrider Ansatz kann einen Mittelweg darstellen, wenn der Hersteller einen gewissen Charakter der Nachgärung anstrebt und gleichzeitig den endgültigen CO₂-Gehalt vor der Abfüllung noch anpassen möchte.
Es gibt kein universelles Karbonisierungsverfahren, das für jede Kombucha-Marke gleichermaßen geeignet ist. Das richtige Verfahren ist dasjenige, das den Produktspezifikationen entspricht und bei der angestrebten Produktionsmenge zuverlässig reproduzierbar ist.
Vom sprudelnden Kombucha zum reproduzierbaren Verfahren
Kombucha mit Kohlensäure anzureichern, ist relativ einfach.
Es ist wesentlich schwieriger, bei jeder Charge ungefähr denselben Kohlensäuregehalt zu erreichen.
Im industriellen Maßstab hängt eine erfolgreiche Karbonisierung nicht nur von der Steuerung der CO₂-Zufuhr ab. Auch der Endpunkt der Gärung, der Restzuckergehalt, die Hefeaktivität, die Getränketemperatur, der Behälterdruck, die Gasdiffusion, die Übertragungsbedingungen und die Abfüllung beeinflussen das Endergebnis.
Deshalb sollte die Karbonisierung bereits bei der Konzeption des Gärsystems berücksichtigt werden und nicht erst nachträglich hinzugefügt werden.
Eine kommerzielle Kombucha-Brauerei benötigt einen Prozess, der logisch von der Gärung über die Kühlung und Karbonisierung bis hin zur Reifung und Abfüllung verläuft.
Wenn diese Prozessstufen als ein integriertes System konzipiert werden, erhält der Hersteller eine bessere Kontrolle über die Karbonisierung, minimiert unnötige Schwankungen und kann die Produktion skalieren, ohne einfach nur die Menge einer Kleinserienrezeptur zu erhöhen.
Bei einer neuen Kombucha-Anlage lautet die entscheidende Frage daher nicht einfach:
“Wie füge ich mehr CO₂ hinzu?”
Es lautet:
“Wie müssen Gärung, Kühlung, Druck, Kohlensäurezufuhr und Abfüllung zusammenwirken, damit in jeder Charge das gleiche Kombucha-Endprodukt entsteht?”
Das ist die Grundlage für eine zuverlässige Karbonisierung im industriellen Maßstab.