Qualitätskontrolle in der Brauindustrie: Die Enthüllung der Geheimnisse um den Hefestoffwechsel - Auswirkungen von Stickstoff und SO₂ auf Bier

Stickstoff in der Würze und im Endprodukt wird durch den Nachweis von freiem Aminostickstoff (FAN) bewertet, der auch als primärer Aminostickstoff (PAN) definiert ist. FAN-Analysen testen die Konzentration von Aminosäuren, die von Hefe für das Zellwachstum und die Zellproliferation verwendet werden. FAN/PAN bildet zusammen mit Ammoniak den sogenannten hefe-assimilierbaren Stickstoff oder YAN. Der FAN-Gehalt in der Würze wird oft als der beste Indikator für potenzielles Hefewachstum angesehen und steht daher in direktem Zusammenhang mit der Gäreffizienz. Hefe braucht FAN, um zu wachsen und sich zu vermehren, also theoretisch, je mehr Sie haben, desto schneller wächst Ihre Hefe und desto effizienter ist die Gärung. Hefe verbraucht den größten Teil des FAN in den ersten 36 bis 40 Stunden der Gärung. Dadurch können sie eine Reihe von Stoffwechselnebenprodukten produzieren, von denen einige den Geschmack und die Stabilität des fertigen Bieres beeinflussen.

Es gibt mehrere Gründe, warum ein Brauer den FAN-Gehalt der Würze messen sollte.

Wenn der FAN-Gehalt in der Würze nicht ausreicht, kann die Hefe nicht wachsen und sich effektiv entwickeln, was zu einer langsamen Gärung und der Produktion potenziell unangenehmer Aromen führt. Eine unzureichende Menge an FAN zu Beginn der Gärung kann zu einer höheren SO₂- und Diacetylproduktion beitragen. Wenn der FAN-Gehalt in der Würze hingegen zu hoch ist, kann die Hefe nicht alles aufnehmen. Dies führt zu verbleibenden Aminosäuren im Endprodukt, die zu weiteren chemischen Reaktionen nach der Gärung führen und eine vorzeitige Alterung des Bieres und sensorische Defekte verursachen können.

Der Idealwert von FAN sollte zwischen 200 und 250 mg/L liegen, abhängig von der Dichte der Ausgangswürze (oder dem Ausgangswert von vergärbaren Zuckern). Für Würze aus Bieren mit hoher Dichte wurde beobachtet, dass ein optimaler FAN-Wert zwischen 250-300 mg/L liegt. Ob die Menge ausreicht, kann mit CDR BeerLab® in 4 Minuten gemessen werden. Die FAN-Werte am Ende der Gärung sollten im Durchschnitt etwa 30-40% niedriger sein als der Ausgangswert, während sie im fertigen Bier so niedrig wie möglich sein müssen, um die Stabilität des Produkts im Laufe der Zeit zu erhalten.

Schwefeldioxid (SO₂) im Bier stammt hauptsächlich aus dem Hefestoffwechsel. Hefe wandelt Sulfat in Sulfit für die Aminosäureproduktion um. Der Prozess wird durch einen negativen Rückkopplungsprozess gesteuert: Wenn mehr Sulfit produziert wird als benötigt, wird der Überschuss ans Bier abgegeben. Die Menge des freigesetzten SO₂ wird durch den Zustand der Hefe beeinflusst, insbesondere zu Beginn der Gärung. Eine schlechte Sauerstoffversorgung verlangsamt die Hefeentwicklung, was dazu führt, dass weniger SO₂ für Aminosäuren verwendet und mehr in die Würze freigesetzt wird. Ein unzureichender FAN in der Würze erhöht auch die SO₂-Produktion aufgrund der reduzierten negativen Rückkopplung.

Zu den Faktoren, die die SO₂-Produktion beeinflussen, gehören ein hoher pH-Wert der Würze, Temperaturen zwischen 14 und 17 °C, hohe Sulfatkonzentrationen im Wasser und eine hohe Stammwürze. Sulfite werden auch Getränken zugesetzt, um Verderb und Oxidation zu verhindern, wobei Schwefeldioxid für die Bierkonservierung von entscheidender Bedeutung ist. Brauereien verwenden häufig Kaliummetabisulfit (K₂S₂O₅), das als E224 gekennzeichnet ist. Manche Menschen können empfindlich auf SO₂ reagieren und verursacht bei ihnen Symptome wie Übelkeit und Kopfschmerzen. Daher begrenzen Vorschriften die SO₂-Konzentrationen in Bier, wie z. B. den EU-Höchstwert von 20 mg/L. Werte über 10 mg/L erfordern ein "Enthält Sulfite"-Etikett.

Die Echtzeitbestimmung von SO₂ und FAN ist für eine störungsfreie Produktion und die Aufrechterhaltung der Gärungsqualität unerlässlich. Auch hier ist die Bestimmung dieser beiden Parameter in Echtzeit entscheidend, um die Produktion am Laufen zu halten, ohne die Gärung zu beeinträchtigen. CDR BeerLab® bietet eine schnelle SO₂-Bestimmung in 2 Minuten, wodurch eine zeitraubende Destillation und gefährliche Methoden herkömmlicher Techniken vermieden werden.

Wie bereits erwähnt, ist der pH-Wert ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung von SO₂ und spielt eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Enzymaktivitäten während des Maischens. Zum Beispiel hat α-Amylase eine optimale Aktivität bei einem pH-Wert von 5,6-5,8 und β-Amylase bei 5,4-5,6. Trotz seiner Bedeutung wird das pH-Management bei Craft-Brauereien oft übersehen. Während des gesamten Brauprozesses sinkt der pH-Wert stetig: Ausgehend vom pH-Wert des Wassers von 6,2-7,0 (je nach Art des verwendeten Wassers) sinkt er in der vorkochenden Würze auf 5,5, sinkt während des Kochens weiter auf 5,2 und erreicht schließlich einen pH-Wert von 3,9-4,5 im fertigen Produkt.

Für die Produktion eines stabilen und qualitativ hochwertigen Biers ist es entscheidend, FAN-, SO₂- und pH-Werte während des Brauprozesses zu verstehen und zu verwalten. Der richtige FAN-Gehalt gewährleistet ein effizientes Hefewachstum, während die Überwachung der SO₂-Produktion dazu beiträgt, unerwünschte sensorische Defekte zu verhindern und Höchstwerte-Vorschriften einzuhalten. Darüber hinaus verbessert die Aufrechterhaltung eines optimalen pH-Werts die Enzymaktivität und die gesamte Gärungseffizienz. Durch den Einsatz von Echtzeit-Analysetools wie dem CDR BeerLab® können Brauer diese Schlüsselparameter präzise steuern und sowohl die Produktionskonsistenz als auch die Qualität des Endprodukts verbessern.