Bierfehler Diacetyl

Bierfehler des Quartals: Diacetyl

Steckbrief

  • Schlüsselkomponente: Diacetyl (C4H6O2)
  • Geruch: Butterartig, süß­li­ch, in hö­he­ren Konzentrationen Butterkaramell

    Diacetyl

    Diacetyl

  • Schwellenwert: 50 – 100 μg/l
  • Typische Konzentration in Bier: 10 – 120, sel­ten auch bis 800 μg/l
  • Ursache: Entsteht aus ei­nem Stoffwechselprodukt von Hefen und Bakterien

 

Überblick

Diacetyl ent­steht aus 2-Acetolactat, das beim Stoffwechsel al­ler Hefe wäh­rend der Gärung ge­bil­det und an die Würze ab­ge­ge­ben wird. Geringe Mengen an Diacetyl sind da­her in al­len Bieren ent­hal­ten und kön­nen bis ca. 120 μg/l so­gar stil­ty­pi­sch und er­wünscht sein. Einer ge­rin­gen Restmenge an Diacetyl wird so­gar ei­ne Steigerung der Vollmundigkeit und Abrundung des Biergeschmacks zu­ge­spro­chen. In hö­he­ren Mengen gilt Diacetyl je­doch als Bierfehler, der durch ein süßlich-karamelliges Butteraroma cha­rak­te­ri­siert wird. Hefe ist nicht nur an der Bildung von Diacetyl be­tei­ligt, son­dern kann es am Ende der Gärung auch wie­der auf­neh­men und zu we­ni­ger ge­schmacks­in­ten­si­ven Stoffen ab­bau­en. Betrachtet man al­so die Menge an Diacetyl im fer­ti­gen Bier, müs­sen so­wohl Faktoren für des­sen Entstehung, als auch für die Vollständigkeit des Abbaus be­trach­tet wer­den.

Entstehung und Abbau

Wenn die Hefezelle für den Aufbau an Biomasse nicht mehr aus­rei­chend von der Aminosäure Valin aus der Würze auf­neh­men kann, dann kann sie es selbst syn­the­ti­sie­ren. Ein Zwischenschritt auf der Synthese zu Valin ist 2-Acetolactat. Diese Vorgängersubstanz zu Diacetyl ent­steht im Überschuss und wird da­her von der Hefe zum Teil durch die Zellwand an die Würze ab­ge­ge­ben. Die Hintergründe für die Ausscheidung sind nicht voll­stän­dig ge­klärt. Vermutlich ist ei­ne zu ho­he Konzentration an 2-Acetolactat für die Hefe schäd­li­ch, wes­halb es an die Würze ab­ge­ge­ben wird.

Außerhalb der Hefezelle re­agiert 2-Acetolactat dann nicht-enzymatisch zu Diacetyl, wes­halb Temperatur, pH Wert und Sauerstoff ei­nen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit ha­ben. Da es sich um ei­ne aus­schließ­li­ch che­mi­sche Reaktion han­delt, ent­steht so­lan­ge Diacetyl, bis 2-Acetolactat oder Sauerstoff er­schöpft sind. Die Reaktion wird durch ei­nen ho­hen pH und nied­ri­ge Temperaturen ge­bremst. Diacetyl kann da­her auch vom Brauer un­be­merkt ent­ste­hen. Selbst wenn wäh­rend ei­ner (küh­len) Gärung der cha­rak­te­ris­ti­sche Geruch von Diacetyl nicht wahr­nehm­bar war, kann er sich im Gebinde über Wochen und Monate ent­wi­ckeln, wenn ent­spre­chen­des Potenzial in Form von 2-Acetolactat vor­han­den ist.

Diacetylzyklus

Der Diacetylzyklus. Die Hefe gibt über­schüs­si­ges 2-Acetolactat an die Würze ab. Dieses re­agiert zu Diacetyl, das nach Ende der Gärung wie­der auf­ge­nom­men und zu 2,3-Butandiol re­du­ziert wird.

Die Erhöhung der Gärtemperatur am Ende der Gärung auf 14-16°C zur so­ge­nann­ten Diacetylrast for­ciert die­se Reaktion. Damit soll si­cher­ge­stellt wer­den, dass am Ende der Gärung mög­lichst viel 2-Acetolactat zu Diacetyl um­ge­wan­delt wird. Der tech­no­lo­gi­sche Zweck der Diacetylrast ist da­her pa­ra­do­xer­wei­se zu­nächst die mög­lichst voll­stän­di­ge Bildung von Diacetyl aus 2-Acetolactat. Der Abbau durch die Hefe er­folgt dann par­al­lel, so­lan­ge die Hefe vi­tal und in Schwebe ist. Das auf­ge­nom­me­ne Diacetyl wird da­bei mit Energiegewinn über Acetoin zu 2,3-Butandiol ab­ge­baut, das ei­nen viel­fach hö­he­ren Geschmacksschwellenwert auf­weist und da­her im Bier nicht mehr er­kenn­bar ist. Die Aufnahme- und Abbaurate von Diacetyl durch die Hefe ist sehr hoch, da­her gilt vor al­lem die vor­an­ge­stell­te Umsetzung von 2-Acetolactat zu Diacetyl als li­mi­tie­ren­der Faktor im Diacetylabbau.

Problemfelder

Begünstigt wird die Entstehung von Diacetyl durch ho­he Wachstumsraten der Hefe bei ei­nem gleich­zei­ti­gen Mangel an frei­em Aminostickstoff (FAN). Wieviel Diacetyl ent­steht und wie schnell es ab­ge­baut wird, ist je­doch in ers­ter Linie vom Hefestamm ab­hän­gig. Da Diacetyl in der Brauindustrie als Indikator für den Abschluss der Reifung gilt, ste­hen seit lan­gem Stämme mit ge­rin­gem Bildungsvermögen und zü­gi­ger Aufnahme im Fokus der Hefezucht. Da di­rekt bei Unterschreitung ei­nes fest­ge­leg­ten Schwellenwertes von meist < 0,1mg/l der Übergang in die Kaltlagerung ein­ge­lei­tet wer­den kann, sind so Verkürzungen der Sudzeiten mög­li­ch. Auch ge­ne­ti­sch ma­ni­pu­lier­te Stämme, die gar nicht oder kaum zur Bildung von Diacetyl füh­ren, sind be­reits in der Erprobung.

Fehlt wie in Haus- und Hobbybrauereien üb­li­ch die ana­ly­ti­sche Bestimmung des 2-Acetolactats und Diacetyls, kommt es vor al­lem bei zu kal­ter oder zu kur­zer Reifung zu Problemen, wie dies durch zu en­ge Sudfolgen et­wa im Sommer vor­kom­men kann. Klarheit ver­schafft ne­ben der Analyse auch ein Forciertest. Hierzu er­wärmt man ei­ne Probe für 30 min auf 60°C, um die Oxidation des 2-Acetolactat zu for­cie­ren. Riecht die wie­der auf Raumtemperatur ab­ge­kühl­te Probe un­an­ge­nehm nach Butter, soll­te vor der Kaltlagerung no­ch ei­ne ein- bis zwei­tä­gi­ge Diacetylrast bei 14-16°C ein­ge­scho­ben wer­den. Auch bei ober­gä­ri­gen Bieren kom­men ho­he Diacetylwerte vor. Dies ins­be­son­de­re bei Stämmen mit star­ker Flokkulation, wo­durch zu we­nig Hefe für den Abbau in der Schwebe sein kann. Auch ei­ne ver­früh­te Kühlung oder Klärung/Filtration kann ur­säch­li­ch sein.

Diacetyl kann auch in­fol­ge von Kontaminationen durch Bakterien ge­bil­det wer­den. Die Diacetylwerte kön­nen da­bei die von Hefe ge­wohn­ten Mengen um ein viel­fa­ches über­stei­gen. Bei be­stehen­den Problemen trotz Diacetylrast und an­ge­pass­tem Hefemanagement soll­te da­her auch die­ser Bildungsweg aus­ge­schlos­sen wer­den.


Quellen:

  • Kristoffer Krogerus,  Brian R. Gibson1; 125th Anniversary Review: Diacetyl and its con­trol du­ring bre­we­ry fer­men­ta­ti­on, 2013, Journal of the Institute of Brewing
  • C. Boulton, W. Box; Kapitel „Formation and Disappearance of Diacetyl During Lager Fermentation“ in Brewing Yeast Fermentation Performance, 2003, Blackwell Science
  • Christopher White; Diacetyl Time Line, 2008, http://www.whitelabs.com/sites/default/files/Diacetyl_Time_Line.pdf

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