Bepaling van kritische factoren in de moutproductie met betrekking tot de smaakstabiliteit van het finale bier

Smaakinstabiliteit kan worden beschouwd als één van de belangrijkste kwaliteitsproblemen in de brouwindustrie, omdat de biersmaak bijna direct achteruitgaat vanaf het verpakken. De aangename smaakeigenschappen verdwijnen en de aanwezigheid van onaangename componenten verminderen de drinkbaarheid van het bier, wat financiële gevolgen kan hebben voor de brouwer. Pogingen om de versheid van bier te verlengen zijn alleen effectief wanneer de complexe chemie achter bierveroudering beter begrepen wordt. Er wordt momenteel actief onderzoek gedaan naar de geleidelijke vorming van zintuiglijk waarneembare onaangename smaken tijdens biertransport en -bewaring, dewelke vanuit chemisch standpunt gepaard gaan met een toename van talrijke ongewenste componenten, waaronder de zogenaamde vluchtige ‘bierverouderingsaldehyden’. Deze specifieke groep van aldehyden wordt gekenmerkt door sterk aroma-actieve verbindingen, die waar te nemen zijn bij lage concentraties, zoals de Strecker degradatie aldehyden (afkomstig van aminozuren), furfural (gevormd uit pentose), en hexanal, alsook trans-2-nonenal (beide gevormd door de oxidatie van onverzadigde vetzuren). Twee belangrijke mechanismes worden toegeschreven aan de ontwikkeling van verouderingsaldehyden tijdens bierveroudering in een verpakking, namelijk de novo vorming van aldehyden uit een precursor (bijvoorbeeld een aminozuur) en het vrijkomen van aldehyden uit een voorgevormd gebonden adduct (bijvoorbeeld cysteïne-gebonden aldehyden).

Het is welbekend dat zowel de kwaliteit van de brouwgrondstoffen (in het bijzonder gerstemout, water, hop en gist), als het brouwproces, een effect hebben op de finale bierkwaliteit en op de achteruitgang van de biersmaak. Mout, de belangrijkste bron van extract, lijkt een cruciale rol te spelen bij de instabiliteit van de biersmaak, aangezien bepaalde moutkwaliteitsvariabelen (zoals Kolbach Index, vrij aminostikstofgehalte, concentratie aan Strecker aldehyden) worden gelinkt aan bierveroudering. Tot dusver werd dit verband beschreven als het ‘bierverouderingspotentieel’ van mout. Interessant is dat dezelfde vluchtige componenten die een directe invloed hebben op de bierveroudering, namelijk de bovengenoemde verouderingsaldehyden, ook worden gevormd tijdens de productie van mout. Er is echter nog geen ondubbelzinnig oorzakelijk verband gelegd tussen bepaalde mout bestanddelen en bepaalde bestanddelen in bier (verantwoordelijk voor veroudering in verpakking), wat de complexiteit van biersmaakinstabiliteit en de nood aan verder onderzoek naar mout en het moutproces in relatie tot bierveroudering aantoont.

Aangezien tijdens het mouten zowel vrije als gebonden aldehyden reeds worden gevormd, is het voornaamste doel van dit technologisch gedreven doctoraat het moutproces op te volgen met het oog op de ontwikkeling en in het bijzonder het vastleggen van het cruciale moment tijdens het mouten waarbij deze ongewenste bestanddelen zich ontwikkelen. Daarom werd een gedetailleerde chemisch-analytische evaluatie uitgevoerd van een geïndustrialiseerd moutproces en geïndustrialiseerd pilsmout met betrekking tot de vorming van (gebonden) aldehyden. Vervolgens werden gerichte micro-moutprocessen geëvalueerd op basis van experimentele ontwerpen en numerieke modellen gericht op mout met een verminderd bierverouderingspotentieel en hoge brouwkwaliteit.

Om het moutproces succesvol te evalueren werden de condities van de staalvoorbereiding voor GC-MS bepaling van verouderingsaldehyden geoptimaliseerd voor verschillende types moutstalen (namelijk groenmout, deels geëeste mout, afgewerkte pilsmout). Vervolgens werd het bekomen protocol voor de bepaling van vluchtige, vrije aldehyden toegepast in combinatie met met een reeds bestaande methode voor de kwantitative bepaling van niet-vluchtige gecysteïnyleerde aldehyden. Door deze aanpak waren we in staat om, doorheen de volledige doctoraatstudie, een totaalbeeld te krijgen van zowel vluchtige aldehyden en hun niet-vluchtige tegenhangers voor moutstalen van verschillende oorsprongen. Ook werden de resultaten van (gebonden) aldehyden geëvalueerd met betrekking tot standaard kwaliteitsparameters van verschillende pilsmouten om zo correlaties tussen de verschillende variabelen te vinden en om meer inzicht te verwerven in potentiële verbanden die relevant kunnen zijn voor biersmaakinstabiliteit.

De resultaten van stalen op industriële schaal toonden aan dat het gehalte van (gecysteïnyleerde) aldehyden in het afgewerkte mout duidelijk hoger ligt dan in het startgrondstof, gerst. Tijdens het kiemen werden grote toenames aan vetzuuroxidatie aldehyden, zijnde hexanal en trans-2-nonenal, vastgesteld. De hoeveelheid Strecker aldehyden en furfural daarentegen veranderden nauwelijks in dit stadium. Vervolgens, tijdens het droogstadium op hoge temperaturen (in het bijzonder bij het kritische vochtgehalte tussen 6% - 9%) werd een eerste verhoogde toename vastgesteld van de meeste (gecysteïnyleerde) aldehyden, met uitzondering van hexanal. Bij het afeesten bleven alle (gecysteïnyleerde) aldehyden snel stijgen, met uitzondering van hexanal. In de bevindingen van het doctoraat viel op dat hexanal zich anders gedraagt dan alle andere aldehyden, zelfs het andere vetzuuroxidatie merker aldehyde, trans-2-nonenal. Verder werd ook voor de eerste keer een duidelijk gevolg aangetoond van procesgerelateerde fysicochemische gradiënten (veroorzaakt door de pneumatische verwerking in relatief dikke graanbedden) op aldehyde vorming tijdens het mouten. Met uitzondering van hexanal, werden de hoogste gehaltes aan vrije en gebonden aldehyden gevonden in stalen verkregen van de onderste laag van het graanbed, dat het meeste blootgesteld wordt aan de hitte tijdens het eesten. De stalen die tegelijkertijd werden genomen van de bovenste laag (blootgesteld aan beduidend minder hitte) toonden de laagste gehaltes aan aldehyden.

Naast de analyse van het industrieel moutproces in functie van tijd (namelijk de verschillende moutstadia) en positie van het graanbed (zijnde onderste, middenste, bovenste laag), werd ook de nadruk gelegd op verschillende, potentieel kritische moutvariabelen. Deze resultaten toonden aan dat zowel de graad van de graanmodificatie als de afeesttemperatuur een impact hebben, hetzij indirect (graad van modificatie) of direct (afeesttemperatuur) op de ontwikkeling van (gecysteïnyleerde) aldehyden tijdens het moutproces. Om die reden werd de mate van het weken en de afeesttemperatuur als belangrijke variabelen bevonden om aanvullend gerichte micro-mout experimenten uit te voeren met als doel te onderzoeken of het mogelijk is om mout te produceren met een verminderd bierverouderingspotentieel en dat in combinatie met een bevredigende brouwkwaliteit. Modelleren van individuele parameters, namelijk de geanalyseerde aldehyden en de mout kwaliteit parameters als belangrijke variabelen, heeft aangetoond dat het weekproces vooral een impact heeft op de hexanal gehaltes, terwijl de afeesttemperatuur vooral een invloed heeft op het gehalte aan Strecker aldehyden, furfural en trans-2-nonenal. Ten slotte, numerieke modellering van de geselecteerde mout variabelen (weekgehalte, afeesttemperateuur), suggereert de mogelijkheid tot het produceren van pilsmout van superieure kwaliteit op voorwaarde dat zowel graanmodificatie als afeesttemperatuur voldoende worden aangepast.