Deel dit artikel

bier prikkelt de meeste van onze zintuigen, maar toch vooral onze geur- en smaakzin. aangename smaken roepen vaak gevoelens van blijheid op en brengen mooie herinneringen naar boven. de kunst van het bier brouwen bestaat erin niet alleen aantrekkelijke smaken te vormen, maar ook ongewenste geuren en smaken te vermijden. hierbij komt een grondige kennis van chemische processen van pas.

Brouwen: kunst of wetenschap?

Freddy Delvaux

Bier stimuleert de meeste van onze zintuigen, maar prikkelt toch vooral onze geur- en smaakzin. Daarom is het aroma zo belangrijk. De sensorische input van bier werkt in op dat deel van onze hersenen dat geassocieerd is met emoties en geheugen. Zo kunnen aangename smaken gevoelens van blijheid en nostalgie oproepen. Kleine smaak- en reukmoleculen interageren met specifieke proteïnereceptoren in de mond en in de neus, die gecodeerd worden door een groep genen die een belangrijk deel uitmaken van het menselijk genoom. Het geurgenoom is één van de meest variabele genenfamilies van de mens. Dit verklaart mee waarom er zoveel verschillende voorkeuren zijn voor aroma’s van dranken, voedingsproducten of reukwaren. Ons smaakgevoel kan vijf verschillende stimulitypes als basis onderscheiden: zuur, zout, bitter, zoet en umami (een Japanse term die hartig betekent). Smaakperceptie gebeurt door smaakreceptoren in de smaakknoppen van de tong. Die papillen liggen in de vouwen van de tong, maar ook in het gehemelte en de keel, en bevatten elk vijftig tot honderd receptorcellen. Delen van proteïnen spelen de belangrijkste rol als receptor.

In vergelijking met de smaak is onze geur veel krachtiger. Wij kunnen duizenden geuren detecteren en identificeren. Ook de geurreceptoren bestaan uit specifieke proteïnen, waarvan de overeenkomende genen ongeveer twee procent van het menselijk genoom uitmaken. Met vierhonderd geurreceptoren kunnen oneindig veel combinaties worden gemaakt en kunnen we duizenden geurcomponenten onderscheiden. Zo werd onder meer de receptor geïdentificeerd voor de hogere aldehyden, dit zijn stoffen die mede verantwoordelijk zijn voor de verouderingssmaken in bier. Vooral in pilsbieren geven die aldehyden een papier- of kartonachtige smaak aan het bier. Om die tegen te gaan moet de opname van zuurstof tot een minimum worden herleid bij het verpompen en het afvullen van bier. Ook in hoge gistingsbieren worden verouderingsflavours gevormd. Om die tot een minimum te beperken worden vele Belgische speciaalbieren hergist in de fles. Naast de eerder genoemde basissmaken zitten er in bier ook vele, meestal fruitige esters en zwavelcomponenten, die alle een rol spelen voor de specifieke smaak en geur van de verschillende biersoorten.

Bier moet aan vele kwaliteitseisen voldoen: het mag niet troebel zijn en moet ook een goede schuimhoudbaarheid en de gewenste kleur en bitterheid hebben. Bovenal moet het bier de smaak en de geur hebben die de consumenten willen. Hier ligt natuurlijk de grote moeilijkheid, want over smaak en kleur valt niet te twisten. De kunst van het brouwen bestaat er niet alleen in goede smaken te vormen, maar ook de negatieve te vermijden. De bierproductie kent verschillende fasen: het mouten, het brouwen, de gisting en lagering, en ten slotte het filteren en afvullen. En bij elke stap komt heel wat chemie kijken.

Bier moet aan vele kwaliteitseisen voldoen: het mag niet troebel zijn en moet ook een goede schuimhoudbaarheid en de gewenste kleur en bitterheid hebben

De eerste fase in de bierproductie is het mouten. Gerst is de belangrijkste grondstof van bier. Ze wordt eerst geweekt (tot 45 procent vocht), zodat ze een vijftal dagen kan kiemen in kiemkasten. Hierbij wordt een reeks enzymen gevormd met als voornaamste de amylasen. Die zullen in de brouwzaal zetmeel afbreken tot vergistbare suikers en proteasen, die proteïnen verkleinen tot peptiden en aminozuren. De gevormde verbindingen zijn nodig om het gistingsproces mogelijk te maken. Daarna volgt het eesten, een droogproces op hogere temperaturen, waarbij het vochtgehalte teruggebracht wordt tot 4 procent. Intussen vinden er ook al hydrolyseprocessen plaats die suikers en aminozuren vormen, die op hun beurt een enorm aantal componenten vormen, gaande van laagmoleculaire aromastoffen tot hoogmoleculaire kleurstoffen. Zo zal bij hogere eesttemperaturen het mout meer gekleurd worden, wat later kan leiden tot bieren met een donderder kleur en met smaakstoffen zoals karamel, of zelfs een licht verbrande smaak.

Daarna volgt de fase van het brouwen. Door de afbraak van polymeren in de celwanden heeft het mout ook de harde gerst omgezet tot zacht melig mout. In de brouwzaal wordt het gemalen mout in warm water gestort, waardoor de enzymen de aanwezige polymeren, voornamelijk zetmeel en eiwitten, gedeeltelijk kunnen afbreken. Het resultaat hiervan is een versuikerde oplossing die ‘wort’ genoemd wordt. Om die oplossing te produceren wordt de temperatuur geleidelijk opgewarmd en worden er ook rustpauzen ingelast bij de optimale werkingstemperaturen van de verschillende enzymen. Zo worden bij 52°C de proteïnen afgebroken tot aminozuren (die nodig zijn voor de gisting) en polypetiden (die nodig zijn voor de basissmaak en de schuimvorming). Bij 63°C en 72°C wordt zetmeel omgezet tot sachariden, die ook belangrijk zijn voor de basissmaak, en vooral tot eenvoudige vergistbare suikers, voornamelijk maltose.

Om het aroma te bewaren moet bier bij de verpakking tegen licht worden beschermd door bruine flessen, blik of vaten

In de filterkuip worden de onoplosbare bestanddelen (draf) afgescheiden. Het zoete wort vloeit in de kookketel en tijdens het koken wordt ongeveer tweehonderd gram hop per hectoliter toegevoegd. Hop is op zich niet bitter, maar door het koken worden isohumulonen gevormd die een zeer bittere smaak geven. De hopvariëteiten bevatten sterk verschillende hoeveelheden humulonen en al even verschillende soorten en hoeveelheden vluchtige aromastoffen. Zo worden zware blonde bieren gebrouwen met veel aromarijke hoppen of met kruiden. De isohumulonen zijn verder ook van belang voor de smaak omdat ze zeer gevoelig zijn voor licht: onder de invloed van licht worden ze omgezet tot methylbuteenthiol, een zeer onaangenaam kattenpisaroma. Daarom moet bier bij de verpakking tegen licht worden beschermd door bruine flessen, blik of vaten. Ook tijdens de consumptie mag bier niet al te lang aan zonlicht worden blootgesteld. In de kookketel wordt het wort hevig gekookt om het te steriliseren, de nodige bitterstoffen aan te maken, de overbodige proteïnen neer te slaan, de nodige kleur te geven en vooral ook om ongewenste vluchtige verbindingen te verwijderen.

Tijdens het mouten wordt immers S-methylmethionine gevormd, een voorloper van dimethylsulfide, dat een ongewenste geur en smaak van gekookte groenten kan geven aan het afgewerkte bier. Het gevormde dimethylsulfide is zeer vluchtig en kan vrij eenvoudig worden verwijderd met de damp tijdens het koken. De energieprijzen zorgen ervoor dat brouwers voortdurend proberen de kookduur en de verdamping te reduceren. Maar omdat het koken zo cruciaal is, zowel voor de aanmaak van goede smaakstoffen als de verwijdering van slechte, is het niet mogelijk onder de minimale kookduur (één uur) en verdamping (4 à 5 procent) te gaan. De eiwitten die tijdens het koken neergeslagen zijn, worden in een volgende stap verwijderd door decantatie of centrifugatie, samen met de hoprestanten. Het is absoluut nodig deze eiwitneerslag te vormen en te verwijderen, omdat de proteïnen anders in de fles een ongewenste colloïdale troebel vormen. Het wort vertrekt dan naar de gisting, na koeling en beluchting.

Einde negentiende eeuw ontdekte Louis Pasteur het belang van gist bij de bier-, wijn- en broodbereiding, waarbij verschillende gisten leiden tot verschillende bieren. De hoofdreactie van de alcoholische gisting bestaat erin suikers om te zetten tot ethylalcohol en CO2. Hierbij wordt ook warmte vrijgezet, zodat men het gistende bier steeds tot de gewenste temperatuur dient te koelen. Hoge gisting gebeurt bij ongeveer 23°C gedurende vier tot vijf dagen, met het gisttype Saccharomyces cerevisiae, dat nadien naar boven stijgt in de gisttank. Daar blijft het dan een tijd drijven, zodat men het bovenaan kan afscheppen voor het aanzetten van het volgende brouwsel. Bij lage gisting gebruikt men stammen van het type Saccharomyces carlsbergensis, bij ongeveer 12°C en gedurende zeven tot acht dagen. Op het einde van de gisting zet de lage gist zich af op de bodem van de tank, vanwaar hij naar een gisttank kan worden gepompt voor het volgende brouwsel. Om zich af te zetten op de bodem zijn er vele interacties tussen de cellen nodig, waarbij de gistcellen hun flocculatie-eiwitten gebruiken. Die eiwitten, adhesines genoemd, zitten vast aan de celwand. Ze hebben een grote industriële relevantie, omdat ze bepalen op welk ogenblik de gisten gaan uitvlokken. Dit moet op het juiste moment gebeuren: als de gist te vroeg uitvlokt, is het bier niet goed uitgegist en krijgt het een botersmaak. Als het uitvlokken te laat gebeurt, kan het bier niet goed worden gefilterd en is er soms zelfs een bijkomende centrifugatie nodig.

Er bestaan talloze stammen van lage en hoge gisten en dit brede gamma aan fenotypes resulteert in een groot aantal biertypes

Er bestaan talloze stammen van lage en hoge gisten en dit brede gamma aan fenotypes resulteert in een groot aantal biertypes. Eén van de belangrijkste karakteristieken is de productie van vluchtige esters, die gevormd worden door de estersynthasen (enzymen) uit de verschillende alcoholen en zuren in het gistende bier. Zo heeft het ester isoamylacetaat een aroma van bananen en ethylacetaat een fruitige, solventachtige flavour. De voornaamste estersynthase-enzymen werden beschreven. Bovendien kan men door genetische modificatie ook de expressie van de verantwoordelijke genen beïnvloeden. Zo kan men dus ook het esteraroma van het bier beïnvloeden. Genetische modificatie van micro-organismen is echter niet zo vanzelfsprekend bij voedingsmiddelen, omdat de wetgeving – zeker in Europa – veel strenger is dan bijvoorbeeld bij de productie van geneesmiddelen. Er zijn echter ook andere manieren om de expressie van de estersynthasen en de vorming van substraten te beïnvloeden, zoals door de samenstelling van het wort en door de productiemethode. Samen met de gistkeuze heeft men dus heel wat middelen om de fruitigheid van het bier te beïnvloeden. Het estergehalte, en dus de fruitigheid van het bier daalt naargelang de tanks hoger zijn en de druk verhoogt. Vanwege plaats- en productiviteitsredenen willen vele brouwers toch met grote cilindroconische tanks werken, eerder dan met lage rechthoekige kuipen. Om dezelfde esterconcentraties en -verhoudingen in het bier te behouden zijn vele procesaanpassingen nodig.

Een andere proceswijziging die zich de laatste dertig jaar heeft doorgevoerd, vooral in de grote brouwerijen, is het brouwen aan een hogere densiteit. Om 1 hectoliter pilsbier te brouwen heeft men 16 kilo gerstemout nodig. Mout bestaat uit 75 procent extraheerbare bestanddelen, hoofdzakelijk zetmeel. Men verkrijgt dus 12 gram extract (opgeloste bestanddelen) per 100 gram wort. Dit noemt men 12° Plato. Hiervan bestaat ongeveer tweederde uit vergistbare suikers (glucose, fructose, sacharose, maltose vooral en maltotriose). Uit die 8 gram worden 4 gram ethylalcohol en evenveel CO2 gevormd. Dit geeft dus 4 gewichtsprocent alcohol of 5 volumeprocent. Dit ‘vol%’ moet op het etiket worden vermeld. In plaats van aan 12 gram/100 gram te brouwen, wordt er nu gebrouwen aan 16-18 gram. Het bier wordt als dusdanig uitvergist en bij de filtratie met water verdund om het alcoholgehalte van 5 volumeprocent, dat voor pils gewenst is, te bereiken. Ook dit heeft veranderingen tot gevolg, opnieuw op het vlak van de estervorming, waarvoor procesaanpassingen gedeeltelijk soelaas moeten brengen.

De voornaamste veranderingen in het productieproces hebben echter te maken met de rijping van het bier. Dit duurde vroeger tot meer dan drie maanden bij 0°C. Om zich vijf- tot zesmaal te vermenigvuldigen heeft gist in de eerste gistingsfase naast suikers, vetzuren, zuurstof en vitamines ook nog een twintigtal aminozuren nodig, die via het mout in het wort terechtgekomen zijn. Voor de opname hiervan bestaan er verschillende transferase-enzymen, waarvoor er dan weer verschillende regelsystemen zijn. Zo wordt het aminozuur threonine preferentieel opgenomen, waardoor het de opname van een ander aminozuur, valine, belet. De gist wordt daardoor verplicht zelf valine aan te maken. Daarbij wordt echter een tussenproduct gevormd, α-acetolactaat, dat uit de cel kan treden en door het verlies van CO2 diacetyl kan vormen. Diacetyl heeft echter een smaakdrempel van 80 µg/l en geeft een ongewenste botersmaak aan het bier. Daarom moet ervoor worden gezorgd dat het terug opgenomen wordt door de gistcellen en gereduceerd tot butaandiol. Dit heeft een veel hogere waarnemingsdrempel, waardoor de smaak in de praktijk niet waarneembaar is. Die omzetting wordt beïnvloed door de hoeveelheid aanwezige gist en door de temperatuur. Vroeger gebeurde de hoofdgisting bij 8°C, voor ongeveer tien dagen. Nadien werd het bier naar de lagering getransfereerd in liggende cilindrische tanks om ook nog koude troebel te vormen (bij 0°C) en te laten neerzinken. Daardoor gebeurde de diacetylreductie zeer traag en moest het bier tot drie maanden gelagerd worden.

Door het ontrafelen van het diacetylmechanisme werd het hele brouwsysteem aangepast. De duur van de hoofdgisting van pils bleef nagenoeg even lang, maar door het opdrijven van de temperatuur op het ogenblik dat er nog voldoende gist aanwezig is, werd de lagering van drie maanden tot tien dagen teruggebracht. Vandaag worden in sommige brouwerijen gisting en lagering samen in één cilindroconische tank uitgevoerd in tien dagen, bovendien aan hogere densiteit, zodat een pils van 12° Plato in zeven dagen gegist en gelagerd kan worden. Tijdens de lagering wordt het bier natuurlijk verzadigd met CO2 tot 5 g/l. De overbodige eiwitten vormen troebels die zich bij 0°C samen met de gist deels afzetten op de bodem van de lagertanks.

Na de lagering volgt de laatste fase: het filteren en afvullen. Men pompt het troebele bier naar een kieselguhrfilter om het glashelder te maken. Om te vroege troebelvorming in de fles te voorkomen worden er tijdens of na de filtratie nog een deel van de polyfenolen of eiwitten geadsorbeerd (dit is aan de oppervlakte vastgehouden). Hierna wordt het bier afgevuld in flessen, blikken of vaten. Voor het afvullen worden vele bieren vandaag flashgepasteuriseerd (bijvoorbeeld gedurende 30 seconden verwarmd aan 72°C) om de microbiologische houdbaarheid te verlengen. Om absolute zekerheid te hebben over de houdbaarheid worden bieren soms ook in de fles tunnelgepasteuriseerd (bijvoorbeeld 20 minuten verwarmd aan 60°C).
En dan is het aan de consument om te beslissen welk bier – welke smaak en geur – zijn voorkeur wegdraagt. Bier brouwen is duidelijk een kunst, maar wel stevig gebaseerd op de wetenschap. Hoe goed de analytische methoden ook worden, toch zijn en blijven degustaties het belangrijkste criterium om de kwaliteit van bier te bepalen. Een goed getraind panel van proevers blijft dan ook het belangrijkste apparaat in het bieronderzoek.

Freddy Delvaux is als bio-ingenieur verbonden aan de KU Leuven.

Deel dit artikel
Gerelateerde artikelen