“Van gerst tot bier” Een biotechnologisch hoogstandje dat Vlaanderen wereldfaam verschaft. prof. dr. Guido Aerts

Wijnproductie versus bierproductie Fruitsappen glucose vergistbare suikers N-componenten Vergisting Wijn gisttoevoeging

Enzymproductie in de granen Bierproductie Granen Zetmeel en eiwitten Mouten Enzymproductie in de granen Enzymactiviteit kieming brouwen brouwen Vergistbare suikers N-componenten Bier gist

Grondstoffen voor de bierbereiding MOUT (extractbron) BROUW-WATER GIST (facultatief) HOP

Keuzemogelijkheden van de grondstoffen een variatie aan eindprodukten

aan het beschikbare water het brouwwater bepaalde het biertype voor 1 liter bier is  7 liter water nodig vroeger was watercorrectie onmogelijk de brouwmethode moest aangepast worden aan het beschikbare water het brouwwater bepaalde het biertype - Munchenertype - Dortmunter - Oudenaards - Pilzen - Pale Ale (Burton on Trend) - Wiener nu kan het brouwwater op maat bereid worden

HOP Klimplant die familie is van hennep tweehuizige plant hopbel = vrouwelijke bloemtros toevoegingsvormen - bellen - pellets - extract - geïsomeriseerd extract

GIST moet maltose kunnen vergisten vergisting kan gebeuren met - lage gist - hoge gist - gemengd - spontaan Dit vormt de basis voor onze rijke biercultuur.

MOUT = extractbron Om alcohol en CO2 te vormen, moet gist beschikken over een energiebron : suiker (vergistbaar) een stikstofbron voor groei en vermenigvuldiging : aminozuren peptiden Beide zijn aanwezig in een aangepaste verhouding in de meeste graansoorten. Gerst wordt het meest gebruikt.

Waarom gerst als grondstof ? levert een enzymrijk mout structuur van het kaf is ideaal voor wortfiltratie optimale zetmeel / eiwit verhouding levert aangename smaakprofielen

Schematische voorstelling van een gerstkorrel   endosperm (meellichaam) schildje aleuronlaag kiem (embryo) kaf korreleinde korrelbasis

Noodzaak van moutbereiding Het zetmeel en de eiwitten in granen zijn niet opneembaar. Zij moeten eerst gehydrolyseerd (= afgebroken) worden. Voor die afbraak zijn enzymen nodig. * Bij kieming worden in de korrel de nodige enzymen gevormd om die reservestoffen (zetmeel en eiwitten) af te breken en weer op te bouwen tot wortel, stengel en bladmateriaal.

Stadia in de moutproductie Weken - Kiemen - Eesten weken * korrels snel van 15% tot 45% vocht brengen zodat hormoontransport in de korrel mogelijk wordt * weekduur : ± 2 dagen kiemen * ontwikkelen embryo * produceren enzymen * bereikbaar maken van reservemateriaal voor enzymen * kiemduur : 4 à 5 dagen

Schematische voorstelling van enkele processen tijdens een kieming aleuronlaag

Stadia in de moutproductie Weken - Kiemen - Eesten eesten * enzymproductie stopzetten * mout bewaarbaar maken * aroma- en kleurcomponenten vormen * duur : ± 1 dag ontkeesten of ontkiemen * verwijderen van gedroogde wortelkiemen

Stadia in de moutproductie einde weken begin kiemen einde kiemen

Enkele mouttypes pilsmout caramelmout geroosterd mout

BROUWEN = de enzymatische extractie van mout voor het verkrijgen van een gedeeltelijk vergistbare oplossing Stap 1 Malen van mout (= schroten) Kaf onbeschadigd, meelkern fijn Stap 2 Enzymatische afbraak Hydrolyse en oplossen van mout Stap 3 Filtratie Verwijdering van de niet opgeloste stoffen Stap 4 Koken van de wort Stabilisatie en aromatisatie van de wort Stap 5 Klaring van de wort Verwijdering van de hopresten en eiwitneerslag Stap 6 Koeling tot de ingistingstemperatuur en beluchting

Schematische voorstelling van de bierproduktie Brouwwater Molen Draf Hopping Maischketel Whirlpool Kookketel Filtreerkuip Warmtewisselaar

Schematische voorstelling van de bierproduktie (vervolg) Whirlpool Toevoeging van de gist Warmtewisselaar Fermentatie tank Lager tank Bier Filter

BROUWEN = de enzymatische extractie van mout voor het verkrijgen van een gedeeltelijk vergistbare oplossing Stap 1 Malen van mout (= schroten) Kaf onbeschadigd, meelkern fijn Stap 2 Enzymatische afbraak Hydrolyse en oplossen van mout Stap 3 Filtratie Verwijdering van de niet opgeloste stoffen Stap 4 Koken van de wort Stabilisatie en aromatisatie van de wort Stap 5 Klaring van de wort Verwijdering van de hopresten en eiwitneerslag Stap 6 Koeling tot de ingistingstemperatuur en beluchting

Interactie enzym / substraat bepalend voor de effektiviteit van de enzymkatalyse + a c b a c b ES complex enzym

a- en b-amylase inwerking op amylose met vorming van maltose en malto-oligosacchariden a-amylase  reducerend einde b-amylase  reducerend einde

b-amylase inwerking op amylopectine met vorming van maltose en hoog-moleculaire dextrinen  reducerend einde b-amylase

a-amylase inwerking op amylopectine met vorming van dextrinen  reducerend einde a-amylase

Proteasen betrokken bij de hydrolyse van proteïnen cys lys val phe gly leu ala glu met tyr S thr asn asp his C OH O EXOPEPTIDASE (CARBOXY-PEPTIDASE) (AMINO-PEPTIDASE) N H ENDOPEPTIDASE carboxyl-end C-terminal A.A. amino-end N-terminal A.A.

Relatie tussen enzymactiviteit en temperatuur

Een voorbeeld van een maïschprocedure : infusiebrouwen

BROUWEN = de enzymatische extractie van mout voor het verkrijgen van een gedeeltelijk vergistbare oplossing Stap 1 Malen van mout (= schroten) Kaf onbeschadigd, meelkern fijn Stap 2 Enzymatische afbraak Hydrolyse en oplossen van mout Stap 3 Filtratie Verwijdering van de niet opgeloste stoffen Stap 4 Koken van de wort Stabilisatie en aromatisatie van de wort Stap 5 Klaring van de wort Verwijdering van de hopresten en eiwitneerslag Stap 6 Koeling tot de ingistingstemperatuur en beluchting

Brouwtechnisch belangrijke hopcomponenten worden vooral aangetroffen in de lupulinekorrels verlies aan lupuline = verlies aan brouwwaarde De belangrijkste componenten zijn : de hopharsen de essentiële oliën de polyfenolen

Rol van de a-zuren in de bierbereiding zijn de belangrijkste grondstof voor de fijne bitterheid hebben maar gering bitterend vermogen worden door koking omgezet tot iso-a-zuren. Ze maken 90 % uit van het bitter karakter van bier

OMZETTING VAN a-ZUREN NAAR ISO-a-ZUREN a-zuur trans-iso-a-zuur cis-iso-a-zuur R CH(CH3)2 cohumulon trans-isocohumulon cis-isocohumulon CH2CH(CH3)2 humulon trans-isohumulon cis-isohumulon CH(CH3)C2H5 adhumulon trans-isoadhumulon cis-isoadhumulon

Enkele componenten van hopolie myrceen b-caryofylleen a-humuleen linalool geraniol (2-methylpropyl)isobutyraat 2-methylboterzuur humuleen-1,2-epoxide humuladiënon 1,2-epithiohumuleen

primaire omzetting bij de gisting C6H12O6 glucose 2 C2H5OH + 2 CO2 gist

Metabole bijproducten van het suiker- en aminozuur metabolisme - organische zuren - diacetyl en 2,3-pentaandion - hogere alcoholen - aldehyden en ketonen - esters - zwavelverbindingen

Concentratieverloop van enkele metabole bijproducten van het suiker- en aminozuur metabolisme Gisting en lagering (dagen) Aldehyden in mg/l Diacetyl in mg/l Hogere alcoholen in mg/l Esters in mg/l

Vorming en reductie van vicinale diketonen tijdens fermentatie en lagering Threonine Threonine Pyruvaat a-ketobutyraat a-acetohydroxybutyraat a-acetolactaat a-acetohydroxybutyraat a-acetolactaat oxidatieve decarboxylatie = beperkende stap CO2 CO2 ISOLEUCINE VALINE 2,3 - PENTAANDION DIACETYL Acetylethylcarbinol Acetoïne 2,3 - PENTAANDIOL 2,3 - BUTAANDIOL

Vorming van organische zuren tijdens de fermentatie Oxaloacetaat Pyruvaat Triose fosfaten Glucose-6-fosfaat Vergistbaar suiker Glycerol Ethanol Lactaat CO2 Malaat Fumaraat Succinaat Acetaat Acetyl CoA Citraat a-Keto- glutaraat a-Hydroxy Glutamaat Gistcel-membraan Vorming van organische zuren tijdens de fermentatie

De vorming van hogere alcoholen : algemeen schema carbohydraat metabolisme a-keto glutaraat glutamaat X trans- aminase specifiek decarboxylase CO2 Feed-back controle aminozuur metabolisme NADH (H+) NAD+ alcohol dehydrogenase

Gist-aroma profiel van bier afhankelijk van : wortsamenstelling giststam gistingsparameters (druk, temperatuur) …

Sensorische evaluatie van bier kijken: schuim - kleur   ruiken: geur proeven: smaak en aroma mondgevoel nasmaak

Schematische voorstelling van de receptor-sites en van de begrippen geur en aroma

De verschillende zones op de tong die gevoelig zijn voor zoute, zure en bittere smaak Ongevoelig voor zoete smaak Bijzonder gevoelig voor zoete smaak Bijzonder gevoelig voor zure smaak Ongevoelig voor zure smaak Ongevoelig voor zoute smaak Bijzonder gevoelig voor zoute smaak Bijzonder gevoelig voor bittere smaak Ongevoelig voor bittere smaak

    Deze presentatie kan aangevraagd worden bij prof. dr.  Guido Aerts.                 (U krijgt dan per kerende mail een powerpoint-versie van deze voorstelling.)