Doctoraatsverdediging

Faculty of Bioscience Engineering
Flavour stability of pale lager beer. Chemical-analytical characterisation of critical factors related to wort production and hopping
Doctorandus/a PhD student
  Name: Jessika De Clippeleer
Promotie / Defence
  When: 17.01.2013, 16h00
  Language: English
  Where: E036 - Groot auditorium, 00.E036, Gebroeders De Smetstraat 1, 9000 Gent
 
Promotor / Supervisor
  Prof. dr. ir. Freddy Delvaux (promotor)
  Prof. dr. Guido Aerts (mede-promotor)
 
Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research

Flavourstabiliteit van pilsbier. Chemisch-analytische karakterisering van kritische factoren gerelateerd aan wortproductie en hopping.
>
‘Flavourinstabiliteit van bier’ is het fenomeen waarbij de aangename en karakteristieke verse bierflavour verandert en typische onaangenameverouderingsflavours ontstaan tijdens bewaring, waarbij de doordrinkbaarheid van het bier daalt. In de huidige competitieve en globaliserende markt is flavourinstabiliteit van bier een reëel economisch probleemvoor elke brouwer, in het bijzonder voor onze Belgische brouwers, gezien hun grote afhankelijkheid van export en de toenemende competitie met lokale brouwers. Bovenop de vaak aanzienlijke tijdspannes tussen hetafvullen van het bier op fles en de feitelijke consumptie, laten ook transport- en/of bewaarcondities dikwijls te wensen over, wat nefast is voor de bierkwaliteit. Eén van de belangrijkste uitdagingen voor de brouwer is dan ook de bierkwaliteit en -stabiliteit te verhogen en beter te beheersen tijdens bierdistributie en -bewaring, zodat immer kan voldaan worden aan de verwachtingen van de consument.

Vanzelfsprekend zijn de keuze van de grondstoffen en het volledige productieproces essentieelm.b.t. flavourstabiliteit van bier. Hop (Humulus lupulus> L.) is naast brouwwater, mout en gist, een basisgrondstof voor de bierbereiding en is verantwoordelijk voor de unieke, karakteristieke bitterheid en hethoppig aroma van bier. Tijdens de bierbewaring nemen echter zowel de intensiteit als de kwaliteit van de bierbitterheid af, terwijl simultaan een toename aan aldehyden wordt waargenomen. Aldehyden zijn vluchtige verbindingen die gekenmerkt worden door karakteristieke, veelal ongewenste flavours die al bij zeer lage gehaltes (µg/L of ng/L) sensorisch waarneembaar zijn. Ondanks talrijke wetenschappelijke studies over de chemischereacties waaruit deze aldehyden in bier kunnen ontstaan enerzijds, en over de afname van de bierbitterstoffen of iso-α-zuren anderzijds, bleef de relatie tussen beide processen tijdens bierveroudering echter geheel onderbelicht. Nochtans zijn voor een verhoogde flavourstabiliteit van bier zowel een stabielere bierbitterheid als een verminderde toename aan aldehyden vereist. Of beide hand in hand gaan, werd tot op heden nogniet systematisch geëvalueerd. Daarom werd met dit doctoraatsonderzoek getracht om het effect van de hoppingtechnologie op de aldehydenproductie tijdens bierbewaring te ontrafelen, om aldus inzicht te verwerven in de kritische factoren gerelateerd aan hopping en wortproductie met het oog op een verhoogde flavourstabiliteit van bier.

In een eerste experimenteel deel van deze studie werd hiertoe een nieuwe, uiterst gevoelige chemisch-analytische methode ontwikkeld voor selectieve en accurate bepaling van aldehyden in vers en verouderd bier via gaschromatografie-negatieve chemische ionisatie massaspectrometrie. Daarnaast werden, met behulp van β-cyclodextrine, innovatieve bitterstofpreparaten bereid, bestaande uit respectievelijk aangerijkte trans>- en  cis>-iso-α-zuren. Iso-α-zuren extracten bestaan immers altijd uit een mengsel van cis>- en trans>-iso-α-zuren, en gezien het duidelijk verschil in stabiliteit tussen beide isomeren (trans>-iso-α-zuren zijn uitgesproken instabieler t.o.v. de overeenkomstige cis>-iso-α-zuren), is de evaluatie van hun potentiële, specifieke impact op het ontstaan van verouderingsaldehyden noodzakelijk.

In een tweede experimenteel deel werd dan de mogelijke vorming van aldehyden uit de omzetting van de bierbitterstoffen voor het eerst substantieel onderzocht, en dit in eerste instantie in modeloplossingen van bierbitterstoffen, in aan- of afwezigheid vanslechts enkele geselecteerde biercomponenten, zijnde aminozuren en xylose, met zuurstofgehaltes tussen 100 en 250 µg/L. Zodoende werd de enorme complexiteit van de biermatrix initieel omzeild zodat het al of niet deelnemen van elk van deze componenten bij de vorming van de geselecteerde vluchtige verbindingen duidelijk kon worden aangetoond. In de modeloplossingen werd de omzetting van zowel cis>- als  trans>-iso-α-zuren onmiskenbaar beïnvloed door de aanwezige zuurstof. Hiermee ging in aanwezigheid van aminozuren de vorming van de aldehyden 2-methylbutanal, 3-methylbutanal, methional en fenylacetaldehydegepaard. Dit werd voor de allereerste keer gerapporteerd en verklaard als een Strecker-like degradatie van de aanwezige aminozuren door een niet-vluchtig oxidatieproduct van zowel cis>- als trans>-iso-α-zuren. 2-Methylpropanal werd geïdentificeerd als een vluchtig, rechtstreeks degradatieproduct van zowel cis>- als trans>-iso-α-zuren, zonder tussenkomst van aminozuren en/of xylose.

Daarop werd in een laatste experimenteel deel het potentieel verband tussen bitterstofdegradatie en aldehydenproductie diepgaand bestudeerd tijdens geforceerde veroudering van experimentele, identiek bereide bieren. In bier vertoonden cis>-iso-α-zuren een verhoogde stabiliteit t.o.v. de modeloplossingen. Ondanks het feit dat er duidelijke verschillen in de stabiliteit van de bierbitterstoffen werden waargenomen tussen de negen specifiek gebitterde bieren, bleek dat de toename aan aldehyden onfhankelijk was van de toegepaste bittering. In opgehopt bier werd namelijk een minstens even hoge toename aan aldehyden waargenomen tijdens bewaring, zodat de aanwezigheid en omzetting van de bierbitterstoffen in de biermatrix niet als kritische factor voor de vorming van aldehyden kan worden aanzien. De gepostuleerde reactie tussen het oxidatieve degradatieproduct van cis>- en trans>-iso-α-zuren en aanwezige aminozuren die tot de overeenkomstige Streckeraldehyden leidde in modeloplossingen, bleek van geen of alleszins ondergeschikt belang in de biermatrix bij lage zuurstofconcentraties. Op basis van bieren bereid met een andere pilsmout werd verder aangetoond dat de grondstof mout en het wortproductieproces als kritische factoren voor deflavourstabiliteit van bier moeten worden beschouwd, zoals af te leiden uit de aldehydengehaltes in vers en verouderd bier.

Samengevat kan gesteld worden dat met het oog op een verhoogde stabiliteit van de bierbitterheid, aangerijkte cis>-iso-α-zuren kunnen worden toegepast in bier, in afwezigheid van licht en onder zuurstofarme afvulomstandigheden. Via het upscalen van de aanrijking van cis>-iso-α-zuren uit een mengsel van cis>- en trans>-iso-α-zuren worden dus nieuwe perspectieven geopend. Bovendien zijn cis>-iso-α-zuren bitterder dan de overeenkomstige trans>-iso-α-zuren, zodat voor eenzelfde intensiteit van de bitterheid, minder cis>-iso-α-zuren als bierbitterstoffen nodig zullen zijn, wat ook een bijkomend economisch voordeel kan opleveren. Deze doctoraatsstudie pleit voor een verbeterde ingangscontrole van mout met als doel een verminderd gehalte aan aldehyden in vers en verouderd bier, en suggereert voor de brouwer een aantal aandachtspunten ter vermindering van de aldehydenproductie tijdens brouwen en bierbewaring, zoals de inmaischomstandigheden, het beperken van hittebelasting (snelle wortfiltratie) en zuurstofvrij afvullen.

 
Volledige tekst van het doctoraat / full text
https://lirias.kuleuven.be/handle/123456789/370614

 
Examencommissie / Board of examiners
  Prof. dr. ir. Freddy Delvaux (promotor)
  Prof. dr. Guido Aerts (mede-promotor)
  Prof. dr. ir. Pierre Jacobs (voorzitter/chairman)
  Prof. dr. ir. Freddy Delvaux (secretaris/secretary)
  Prof. dr. ir. Jan Delcour
  Prof. dr. ir. Dirk De Vos
  Prof. dr. ir. Ann Van Loey
  Prof. dr. Luc De Cooman
  Prof. dr. Paul Hughes , Heriot Watt University
  Prof. dr. Frank-Jürgen Methner , Technische Universität Berlin
  Dr. Jean-Paul Vincken , Wageningen Universiteit