“Van gerst tot bier” Een biotechnologisch hoogstandje dat Vlaanderen wereldfaam verschaft.

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

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

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

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

5. Keuzemogelijkheden van de grondstoffen een variatie aan eindprodukten

6. BROUWWATER • 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

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

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

9. 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.

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

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

12. 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.

13. 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

14. Schematische voorstelling van enkele processen tijdens een kieming aleuronlaag

15. 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

16. Stadia in de moutproductie einde weken begin kiemen einde kiemen

17. Enkele mouttypes pilsmout caramelmout geroosterd mout

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

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

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

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

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

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

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

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

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

27. Relatie tussen enzymactiviteit en temperatuur

28. Een voorbeeld van een maïschprocedure : infusiebrouwen

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

30. 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

31. 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

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

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

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

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

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

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

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

39. 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

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

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

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

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

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