DR6000 in der Brauerei Wichtige Methoden gemäß MEBAK und ASBC

Transkript

1 DR6000 in der Brauerei Wichtige Methoden gemäß MEBAK und ASBC Einführung Konformität und gleichbleibend hohe Qualität zählen in der Getränkeindustrie zu den wichtigsten Zielen. Hach fördert diese Ziele durch die umfassende Analyse von Wasser und Bier. Das DR6000 UV-VIS Spektralphotometer unterstützt viele der analytischen Messungen, die für die Überwachung des gesamten Brauvorgangs von den Rohstoffen bis zum fertigen Produkt notwendig sind. Die für Brauereien zugeschnittene Software des DR6000 wurde erweitert und beinhaltet nun die wichtigsten Parameter gemäß MEBAK 1 und ASBC (American Society of Brewing Chemists) 2. Dadurch kann das DR6000 weltweit zur Messung der Bierqualität eingesetzt werden. Die wesentlichen Methoden im Detail Bierfarbe MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 185 ff. ASBC Beer 10-A Die Einheiten gemäß EBC und ASBC werden in ganz Europa und den Vereinigten Staaten verwendet, um die Farbe (genauer: die Farbintensität) von Bier und Bierwürze zu beschreiben. Der von der EBC (European Brewery Convention) oder der ASBC festgelegte Wert gibt an, wie viel Licht von Bier mit einem bestimmten Gehalt an Stammwürze absorbiert wird. Bei der jeweiligen Bierfarbe handelt es sich um Abstufungen eines Brauntons, die mit abnehmender Konzentration über Rot, kupferfarben und bernsteinfarben bis hin zu Goldgelb und Hellgelb reichen. Neben Malzfarbe und Stammwürze hängt die Farbintensität des fertigen Biers jedoch von zahlreichen weiteren Faktoren ab, wie beispielsweise der Zubereitung der Würze, dem ph-wert und dem Gärungsprozess. Die Messung der Farbe mag banal erscheinen, aber sie vermittelt dem Verbraucher den ersten Eindruck von dem Bier, bevor er es kostet. Deshalb ist die Konformität der Bierfarbe ein wichtiger Faktor, der während des gesamten Gärungsprozesses überwacht werden kann. Die Extinktion des Biers wird bei einer Wellenlänge von 430 nm gemessen. Die übliche Formel für die Bierfarbe in EBC- Einheiten lautet 10 x Extinktion bei 430 nm, gemessen in einer 2,54 cm Küvette. Die MEBAK verlangt jedoch eine 1 cm (10 mm) Rechteckküvette. Daraus ergibt sich für die Bestimmung der Bierfarbe gemäß MEBAK die folgende Berechnung: Extinktion des Biers bei 430 nm 25 = Farbe in EBC-Einheiten Die übliche Formel für die Bierfarbe in ASBC-Einheiten lautet 10 x Extinktion des Biers bei einer Wellenlänge von 430 nm unter Verwendung einer 1,27 cm Küvette. Bei Verwendung der verlangten 1 cm (10 mm) Küvette ergibt sich gemäß der ASBC-Methode Beer-10A : Extinktion des Biers bei 430 nm 12,7 = Farbe in EBC-Einheiten

2 Bei Anwendung der ASBC-Methode wird mittels einer Extinktionsmessung bei 700 nm außerdem die Trübung der Probe bestimmt. Bei einer 700 nm Extinktion von 0, nm Extinktion wird die Probe als nicht trüb eingestuft. Das DR6000 verfügt über Programme zur Messung der Bierfarbe sowohl gemäß MEBAK als auch gemäß ASBC. Bierfarbe nach MEBAK Programm Einheiten Bierfarbe nach ASBC* Programm Einheiten Die folgende Skala von Bierfarben ist eine nützliche Orientierungshilfe: EBC Beispiel Bierfarbe 4 Pale Lager, Witbier, Pilsener, Berliner Weisse 6 Maibock, Blonde Ale 8 Weißbier 12 American Pale Ale, India Pale Ale 16 Weißbier, Saison 20 English Bitter, Extra Special Bitter 26 Biere de Garde, Double IPA 33 Dunkles Lager, Märzen, Amber Ale 39 Brown Ale, Bock, Dunkelbier, Dunkelweizen 47 Irish Dry Stout, Doppelbock, Porter 57 Stout 69 Foreign Stout, Baltic Porter 79 Imperial Stout (Quelle: Bittereinheiten MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 234 ff. ASBC Beer-23, Wort-24 Die Konzentration der Bitterstoffe ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal von Bier. Bitterstoffe entstehen beim Kochen durch die Isomerisierung von α-säuren aus dem Hopfen. Die Bitterstoffe werden mit Isooctan aus der angesäuerten Probe extrahiert, und die Extinktion wird spektralphotometrisch bei einer Wellenlänge von 275 nm gemessen. Die Methoden gemäß MEBAK und ASBC unterscheiden sich nur äußerst geringfügig in der Durchführung. Bei der MEBAK- Methode wird zur Ansäuerung der Proben 6 N HCl verwendet, bei der ASBC-Methode dagegen 3 N HCl. Nach der Extraktion wird die Extinktion in einer 10 mm Quarzküvette gegen eine Leerprobe mit Isooctanol derselben Qualität gemessen. Gemäß der Definition laut MEBAK und ASBC werden die Ergebnisse wie folgt berechnet: Bier: Extinktion 275 nm 50 = Bitterkeit in Bittereinheiten Würze: Extinktion 275 nm 100 = Bitterkeit in Bittereinheiten Die unterschiedlichen Berechnungen ergeben sich aus der jeweiligen in der Methode festgelegten Verdünnung der Bierund/oder Würzeproben.

3 Der Standardwert laut MEBAK beträgt BU (Bitterness Units, Bittereinheiten) bei Bier und BU bei Würze. Die ASBC definiert einen Messbereich von bis zu 100 Einheiten für Bier bzw. 200 Einheiten für Würze. Die Angabe erfolgt in IBU (International Bitterness Units). Das DR6000 verfügt über Programme zur Messung der Bittereinheiten sowohl gemäß MEBAK als auch gemäß ASBC. Bittereinheiten, Bier Programm BU Bittereinheiten, Würze Programm BU ASBC-Bittereinheiten, Bier* Programm IBU ASBC-Bittereinheiten, Würze* Programm IBU Hinweis: Für die Analyse von Bittereinheiten kann auch der Hach LCK241 Küvettentest verwendet werden (nur in Europa erhältlich). Durch das Einbringen der Chemikalien in vorgefertigte Küvetten lassen sich Zeit und Kosten für Chemikalien einsparen (insbesondere für qualitativ hochwertiges Isooctan). Tabelle 1: Bittereinheiten der gängigsten Biersorten (aus: Brauerei-Forum, VLB) Biersorte Bittereinheiten mg Iso-Alphasäuren/L Bier Weizen Vollbier Märzen Export Bock Pils Alt Iso-α- und β-säuren MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 237 ff. Die Humulone (oder α-hopfen-bittersäuren) aus dem Hopfen geben dem Bier seinen bitteren Geschmack. Bei der Herstellung des Biers (dem Kochen der Würze) entstehen die bitteren Iso-α-Säuren aus dem Hopfen. Daher ist der Gehalt an Iso-α-Säuren ein wesentlicher Faktor für den Geschmack des Biers. Die β-säuren tragen ebenfalls zum bitteren Geschmack bei und werden durch diese Messung erfasst. Nach der Extraktion der Bitterstoffe (siehe oben) aus der Probe mittels Isooctan sowie weiterer Probenreinigung wird der Gehalt an Iso-α- und β-säuren bestimmt, indem die Extinktion der Probe bei 255 nm und 360 nm gemessen wird [1]. Es wird eine 10 mm Quarzküvette verwendet, und beide Säurearten werden in einer kombinierten Messung bei zwei Wellenlängen bestimmt. Die Standardwerte laut MEBAK sind: Bier: mg/l Iso-α-Säuren und weniger als 2 mg/l β-säuren Würze: mg/l Iso-α-Säuren und weniger als 1 15 mg/l β-säuren Das DR6000 verfügt über ein Programm zur Messung der Iso-α- und β-säuren gemäß MEBAK. Iso-α- und β-säuren Programm mg/l Iso-α-Säuren und 0 80 mg/l β-säuren

4 FAN (freier Aminostickstoff) MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 84 ff. ASBC Beer-31, Wort-12 Der freie Aminostickstoff (Free Amino Nitrogen, FAN) gibt die Summe der bioverfügbaren Stickstoffkomponenten in der Würze an. Ein zu hoher Gehalt an FAN kann bezüglich des Geschmacks und der mikrobiologischen Stabilität des Biers problematisch sein. Bierhefe und Wildhefe fermentieren überschüssige Aminosäuren zu langkettigen Alkoholen (Propanol, Isobutanol). Zudem ist der Gehalt an FAN ein guter Indikator für eine abgeschlossene Gärung. Durch die Überwachung des FAN-Gehalts mit dem DR6000 kann der Tank schneller gewechselt werden, sobald der FAN-Gehalt niedrig genug ist. Der typische FAN-Gehalt ist mg/l in der Würze und mg/l im Bier (MEBAK). Die Methoden gemäß MEBAK und ASBC sind gleich. Nach der Vorbereitung des Biers bzw. der Würze wird ein auf Ninhydrin basierendes Farbreagenz hinzugegeben, und die Extinktion wird in einer 10 mm Küvette bei einer Wellenlänge von 570 nm gemessen. Diese Extinktion wird mit der Farbe verglichen, die ein als Referenz verwendeter 2 mg/l Glyzinstandard erzeugt. Für eine genauere Bestimmung werden der Blindwert, der Glyzinstandard und die Probe dreifach gemessen, und der Durchschnittswert wird berechnet. Da die Probenvorbereitung bei Bier und Würze verschieden ist, muss bei Bier der Faktor 50 und bei Würze der Faktor 100 einbezogen werden. Bei dunklem Bier und Würze sieht die MEBAK-Methode zusätzlich zu der üblichen Messung des Reagenzienblindwerts die Messung eines Probenblindwerts vor, um der Eigenfärbung der Probe Rechnung zu tragen. Der Messablauf und die Konzentrationsberechnung für dunkle Biere und Würze sind beim DR6000 als separate Programme gespeichert. Das DR6000 verfügt über Programme zur Messung des freien Aminostickstoffs sowohl gemäß MEBAK als auch gemäß ASBC. FAN, helles Bier Programm mg/l FAN FAN, helle Würze Programm mg/l FAN FAN, dunkles Bier Programm mg/l FAN FAN, dunkle Würze Programm mg/l FAN FAN nach ASBC, Bier* Programm mg/l FAN FAN nach ASBC, Würze* Programm mg/l FAN Gesamt-Polyphenole MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 223 ff. ASBC Beer-35 Phenolverbindungen aus Malz und Hopfen gelangen je nach Herstellungsverfahren in unterschiedlicher Menge in das Bier. Abhängig von Struktur und Molekülgröße haben sie erheblichen Einfluss auf diverse Eigenschaften des Biers, wie zum Beispiel Farbe, Geschmack, Geschmacksstabilität, Schaum und chemisch-physikalische Stabilität. 1 Polyphenole wirken sich außerdem besonders stark auf das Aussehen des fertigen Biers aus. Ein hoher Polyphenolgehalt führt zu trübem Bier. Die Methoden gemäß MEBAK und ASBC sind gleich. Die Polyphenole in der Probe reagieren in alkalischer Lösung mit Eisen(III)-Ionen, und es entstehen farbige Eisenkomplexe. Deren Extinktion wird spektralphotometrisch in einer 10 mm Küvette bei einer Wellenlänge von 600 nm gemessen. Die Berechnung erfolgt wie folgt: Extinktion bei 600 nm 820 = mg/l Gesamt-Polyphenole Der Standardwert für Bier beträgt mg/l Gesamt-Polyphenole. Der Messbereich der gespeicherten Programme reicht bis zu 800 mg/l. Das DR6000 verfügt über Programme zur Messung der Gesamt-Polyphenole sowohl gemäß MEBAK als auch gemäß ASBC. Gesamt-Polyphenole Programm mg/l Phenole Gesamt-Polyphenole nach ASBC* Programm mg/l Polyphenole

5 Vicinale Diketone ANWENDUNGSBERICHT: DR6000 FÜR MEBAK- UND ASBC-METHODEN MEBAK Brautechnische Analysenmethoden, 4. Auflage, 2002, Seite 134 ff. ASBC Beer-25 B Die aktuelle Publikation der MEBAK 1 beschreibt die gaschromatographische Messung von Diacetyl und 2,3-Pentandion. Die ältere Publikation der MEBAK 3 und die ASBC geben zwei verschiedene photometrische Methoden zur Bestimmung der vicinalen Diketone vor. Beim Hefestoffwechsel entstehen im Verlauf der Gärung 2-Acetolactat und 2-Acetohydroxybutyrat. Diese werden durch Oxidation in die vicinalen Diketone Diacetyl und 2,3-Pentandion umgewandelt. Diacetyl kann jedoch auch als charakteristisches Stoffwechselprodukt bestimmter Mikroorganismen auftreten. 1 Bei einem zu hohen Gehalt an vicinalen Diketonen erhält das Bier einen Fehlgeschmack. Häufig entsteht ein Karamellgeschmack oder ein öliges Gefühl im Mund, was für den Verbraucher unangenehm ist. Bei der MEBAK-Methode reagieren die beiden Diketone Diacetyl und 2,3-Pentandion mit 1,2-Phenylendiamin. Dabei entsteht ein farbiges Endprodukt, dessen Extinktion in einer 2 cm Quarzküvette bei 335 nm gemessen wird. Diese in der Betriebsanalytik häufig angewandte Methode ist deutlich schneller als die gaschromatographische Methode, erlaubt jedoch keine Differenzierung zwischen Diacetyl und 2,3-Pentandion. Bei der Kalibrierung nach MEBAK wird der Gehalt an vicinalen Diketonen wie folgt berechnet: Extinktion bei 335 nm 1,2 = mg/kg VDK (vicinale Diketone) Der Sollwert für helles Bier beträgt 0,15 mg/kg. Die Methode gemäß ASBC wird in der Methode Beer-25 B unter der Überschrift Diacetyl Broad spectrum method for VDK beschrieben. Auch diese Methode erfasst die vorhandenen vicinalen Diketone insgesamt, ohne eine gesonderte Erfassung von Diacetyl. Bei der ASBC-Methode Beer-25 B reagieren Diacetyl (und 2,3-Pentandion) mit einer Naphthol-Lösung. Dabei entsteht ein farbiger Komplex, der bei einer Wellenlänge von 530 nm gemessen wird. Die Methode wurde von Hach mit Diacetyl- Standardlösungen kalibriert, und der entsprechende Faktor wurde beim Programmieren gespeichert. Dies erspart dem Anwender die Messung von Diacetyl-Standards zum Erstellen einer Kalibrierkurve. Bei der Kalibrierung nach Hach wird der Gehalt an vicinalen Diketonen wie folgt berechnet: Extinktion bei 530 nm 3,7 = mg/l Diacetyl (vicinale Diketone) Das DR6000 verfügt über Programme zur Messung der vicinalen Diketone sowohl gemäß MEBAK als auch gemäß ASBC. Vicinale Diketone Programm mg/kg VDK Diacetyl nach ASBC* Programm mg/l Diacetyl Hinweis: Wie für die Bestimmung der Bitterstoffe gibt es auch für die Bestimmung der vicinalen Diketone einen vorgefertigten Küvettentest von Hach (LCK242, nur in Europa erhältlich bzw. TNT819, erhältlich in den Vereinigten Staaten).

6 Reduktionsfähigkeit MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 204 ff. Die Reduktionsfähigkeit von Bier ist ein wesentlicher Faktor für seinen Geschmack und seine biologische, chemische und physikalische Stabilität. Reduzierende Stoffe aus Malz und Hopfen verhindern und/oder minimieren oxidative Prozesse im Bier. Die Gesamtheit der im Bier vorhandenen schnell reduzierenden Stoffe wird als Reduktionsfähigkeit zusammengefasst. Sie werden anhand ihrer reduzierenden Wirkung auf Tillmanns Reagenz (DCPIP) bestimmt. Die Entfärbung des Reagenzes durch die Bierprobe wird bei einer Wellenlänge von 520 nm gemessen und mit der ursprünglichen Färbung des Reagenzes verglichen. Die Reduktionsfähigkeit wird als dimensionslose Zahl ausgedrückt. Sie gibt an, wie viel Prozent des Reagenzes durch die Bierprobe reduziert wurde. Gemäß MEBAK wird zur Beurteilung der Reduktionsfähigkeit von Bier die folgende Skala verwendet: 1 60 Sehr gut Gut Zufriedenstellend < 45 Schlecht Das DR6000 verfügt über ein Programm zur Messung der Reduktionsfähigkeit gemäß MEBAK. Reduktionsfähigkeit Programm Thiobarbitursäurezahl (TBZ) MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 55 ff. Die Thiobarbitursäurezahl ist eine summarische Kenngröße. Sie gibt die thermische Belastung von Malz und Würze an. Neben 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) reagieren zahlreiche Substanzen mit der Thiobarbitursäure, die bei der Maillard- Reaktion (unter Hitzeeinwirkung stattfindende Reaktion zwischen Zuckern und Aminosäuren) entstehen. Bei der Testdurchführung nach MEBAK reagieren die zu messenden Substanzen mit der Thiobarbitursäure. Dabei entsteht ein gelb gefärbter Komplex, der photometrisch bei einer Wellenlänge von 448 nm gemessen wird. Die Standardwerte für den Brauvorgang (bezogen auf 12 % Stammwürze) lauten: Helle Pfanne-voll-Würze: < 22 Helle Ausschlagwürze: < 45 Helle Kaltwürze nach Würzekühlen: < 60 Bei einer neuen Methode für diese Analyse wird ein als TBARS (Thiobarbitursäure-reaktive Substanz) bezeichneter Test eingesetzt, der im Wesentlichen Malondialdehyd erfasst. Auch hier wird das Ausmaß der thermischen Belastung der Würze durch Hitzeeinwirkung von der Messung erfasst. Das DR6000 verfügt über ein Programm zur Messung der TBZ gemäß MEBAK. TBZ von Bier/Würze Programm 2011 TBZ (1:10 verdünnt) TBZ von Kongresswürze Programm 2012 TBZ (1:5 verdünnt)

7 Anthocyanogene ANWENDUNGSBERICHT: DR6000 FÜR MEBAK- UND ASBC-METHODEN MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 226 ff. Anthocyanogene oder auch Leukoanthocyanidine sind eine bestimmte Form von Anthocyanidinen. Anthocyanidine sind die farbgebenden Bestandteile von Anthocyanen, einer Gruppe von Pflanzenfarbstoffen auf Phenolbasis. Die Anthocyanogene (Leukoanthocyanidine aus dem Hopfen) werden durch heiße Hydrochlorsäure in die rot gefärbten Anthocyanidine umgewandelt. Bei der Messung werden die Anthocyanogene zunächst an Polyamid adsorbiert. Dann erfolgt die Umwandlung durch heiße Hydrochlorsäure, wobei eine rote Lösung entsteht. Die Messung wird in einer 10 mm Küvette bei einer Wellenlänge von 550 nm durchgeführt. Der Standardwert laut MEBAK beträgt für Bier mg/l, je nach Herstellungsverfahren. Bei der anschließenden Stabilisierung mit PVPP sind die Standardwerte entsprechend niedriger. Beim DR6000 ist das Programm zur Messung der Anthocyanogene gemäß MEBAK verfügbar. Anthocyanogene Programm mg/l ATC Photometrische Jodprobe MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 52 ff. Aus Getreide (vorwiegend Gerste) wird Malz hergestellt und dann geschrotet. Der eigentliche Brauvorgang beginnt mit dem Maischen. Bei diesem Vorgang wird Wasser auf etwa 60 C erhitzt. Dann wird das geschrotete Malz hinzugegeben, und die so entstandene Maische wird unter ständigem Rühren je nach Verfahren auf etwa 75 C erhitzt. Bei verschiedenen Rösttemperaturen wird die Stärke aus dem Malz durch Enzyme in Malzzucker umgewandelt. In einem alternativen Verfahren wird die Maische zum Teil gekocht, was zu einer physikalischen Verkleisterung der Stärke führt. Anschließend wird eine Jodprobe gemessen, um festzustellen, ob die gelöste Stärke vollständig verzuckert ist. Dextrine und Stärke aus Würze bzw. Bier werden ausgefällt, in Phosphatpuffer gelöst und mit Jodlösung gemischt. Die rote bis blaue Färbung wird im Spektralphotometer in einer 4 cm Küvette bei einer Wellenlänge von 578 nm gemessen. Der Standardwert (für Würze) beträgt laut MEBAK < 0,45. Beim DR6000 ist das Programm zur Messung der Anthocyanogene gemäß MEBAK verfügbar. Jodprobe Programm 2010 Jodwert 0 1

8 Eisen ANWENDUNGSBERICHT: DR6000 FÜR MEBAK- UND ASBC-METHODEN MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages, 1. Auflage 2012, Seite 423 ff. Eisen gelangt über die Rohstoffe, über Filtermittel und/oder über Klärmittel in das Bier. Außerdem kann es aus Geräten, Leitungen oder Dosen stammen oder auch im Stabilisierungsmittel für den Bierschaum enthalten sein. Eisen hat negative Auswirkungen auf die kolloidale Stabilität, den Geschmack und den Schaum des Biers und auch darauf, inwieweit es zum Überschäumen neigt. Alternativ zur Bestimmung mittels AAS kann Eisen in Bier auch spektralphotometrisch bestimmt werden. Zunächst wird dreiwertiges Eisen zu zweiwertigem Eisen reduziert. Das zweiwertige Eisen reagiert mit FerroZine unter Bildung eines violett gefärbten Komplexes. Die im DR6000 gespeicherte Methode zur Bestimmung von Eisen beinhaltet bereits den Absorptionskoeffizienten von Eisen. Die Steigung der Kalibrierkurve beträgt 0,037/µg/L Fe2+. Der Benutzer dieses Programms muss also für die Kalibrierung keine eigene Reihe von Eisenstandards herstellen. Der Referenzwert für Bier beträgt 0,200 mg/l. Das DR6000 verfügt über ein Programm zur Messung von Eisen gemäß MEBAK. Eisen Programm mg/l Eisen Quellenangaben 1 MEBAK, Wort, Beer, Beer-based Beverages (englische Version von Würze, Bier, Biermischgetränke ), 1. Auflage American Society of Brewing Chemists, Methods of Analysis, 14. Auflage 3 MEBAK, Brautechnische Analysenmethoden, Band II, 4. Auflage 2002 * American Society of Brewing Chemists (ASBC): Reproduktion mit freundlicher Genehmigung durch die ASBC ausschließlich für den Gebrauch durch Käufer bestimmter Hach Geräte In jedem sonstigen Fall bzw. bei jedweder sonstigen Reproduktion ist die schriftliche Genehmigung durch die ASBC erforderlich. DOC Dec15