SRO om ølbrygning i Biologi og Kemi

Side 1

Ølbrygning i et biokemisk perspektiv

- med fokus på gæring samt enzymers og ydre forholds indvirkning

Februar 2007

Studieretningsopgave i biologi og kemi

Side 2

2

Indhold

Problemfelt ........................................................................................................................................... 3 Øl .......................................................................................................................................................... 3 Ingredienser .................................................................................................................................. 3 Bryggeprocesserne ........................................................................................................................... 4 Maltning ....................................................................................................................................... 4 Brygning....................................................................................................................................... 4 Gæring .......................................................................................................................................... 4 Gærceller .............................................................................................................................................. 4 Cellernes opbygning ........................................................................................................................ 5 Gærcellers formering ....................................................................................................................... 5 Gæringsprocesser ......................................................................................................................... 5 Gærklassificering ............................................................................................................................. 5 Gærens betydning for ølbrygning .................................................................................................... 6 De biokemiske processer ..................................................................................................................... 6 Omsætning af sukkerstoffer ............................................................................................................. 6 Glucose......................................................................................................................................... 7 Maltose ......................................................................................................................................... 7 Stivelse ......................................................................................................................................... 7 Enzymernes funktion ....................................................................................................................... 7 Ydre forholds indvirkning på brygningsprocessen .............................................................................. 8 Temperatur ................................................................................................................................... 8 Ilt .................................................................................................................................................. 8 Hygiejne ....................................................................................................................................... 9 Bryggevandet ............................................................................................................................... 9 Konklusion ........................................................................................................................................... 9 Perspektivering..................................................................................................................................... 9 Litteratur............................................................................................................................................. 11 Bilag 1 - Kemisk reaktionsskema ...................................................................................................... 12 Bilag 2 – Gæringsprocessen skaffer energi ....................................................................................... 13 Bilag 3 - Undergær og overgær.......................................................................................................... 13 Bilag 4 – Vandets PH-værdi .............................................................................................................. 13 Bilag 5 - Enzymatisk nedbrydning af stivelse ................................................................................... 15

Side 3

3

Problemfelt

Brygning af øl er omfattet af biokemiske processer og ydre forhold, der har stor betydning for det endelige resultat. Gennem tiderne har bryggerne haft problemer med at forstå betydningen af gæ-ringsprocesserne, enzymernes indvirkning og betydningen af forhold som temperatur og lagring. Øl brygges på store multinationale virksomheder som fx Carlsberg, og i stigende omfang på specialise-rede mikrobryggerier, men det kan også brygges hjemme i kælderen.

Det er derfor interessant at forstå:

1. Hvordan gærceller er opbygget og formerer sig samt skaffer energi til deres livsprocesser

(idet gæringen er et væsentligt element i ølproduktionen).

2. Hvordan brygningsprocessen foregår, og hvilke kemiske processer der finder sted i forbin-delse med dannelsen og omsætningen af sukkerstoffer.

3. Hvilke ydre forhold, der indvirker på brygningsprocessen, herunder hvordan man kan sikre, at processen forløber så optimalt som muligt.

Rapporten er baseret på litteraturstudier. I rapporten vil jeg inddrage forskellig litteratur, som kan belyse ovenstående problemfelt, og på denne baggrund vil jeg desuden vurdere såvel enzymers som de ydre forholds betydning for brygningsprocessen.

Den anvendte litteratur fremgår af litteraturlisten bag i rapporten.

Øl

Øl er en gammelkendt drik, der brygges på forskellige kornsorter – i Danmark fortrinsvis på byg.

Øllet indeholder alkohol i varierende mængder og får blandt andet smag fra tilsætning af urter som humle – foruden at en række processer under produktionen indvirker på smag og indhold.

Også valget af gærtype, malttype, humletype og vandkvalitet har afgørende betydning for smagen.

Ingredienser

• Gæren har stor betydning for det færdige produkt. Indtil botaniker Emil Chr. Hansen fra

Carlsberg i 1883 opfandt metoder til at rendyrke gærstammerne, var det en vanskelig proces at styre gæringen af øllet. Slutproduktets smag og karakter faldt ofte forskelligt ud fra bryg til bryg.

• Malten^{1} i øllet produceres normalt af byg, der spires og tørres. Tørreprocessen er afgørende

for, hvilken type malt, man får. Efter tørringen kan malten bruges som den er, eller ristes og ryges og på den måde medvirke til øllets karakter og smag. Det er i sidste ende sukkerstof-ferne fra malten, der omdannes til alkohol af gæren.

• Humlen^{2} tilføres brygget som krydderi og konserveringsmiddel. Det kan være blomsterne

fra humleplanten eller et ekstrakt af humleplantens olier. Det er humlen, som giver øllet sin karakteristiske blomsteragtige bitterhed og aroma.

• Vandet er hovedbestanddelen af øl. Vandkvaliteten er en ofte overset ingrediens ved øl-brygning, men kan have en væsentlig betydning for smagsoplevelsen af øllet.

1

Malt er en betegnelse for græsfrugter (almindeligvis byg, hvede, (rug), havre, ris).

2

Humle er en plante i hampefamilien, man anvender de hunlige blomsterstande.

Side 4

4

Bryggeprocesserne

Ølproduktion foregår i tre hovedfaser: Maltning, brygning og gæring. [3]

Maltning

Øllet brygges på korn, som er bragt til at spire, idet kun spiret korn kan blive til den malt, som ind-går i den efterfølgende gæringsproces. [4]

I praksis lægges kornet i blød i vand, og når kornet har su-get tilstrækkeligt vand til sig, lægges kornet i spirekasser, og under denne proces dannes de enzy-mer, som er nødvendige i den videre brygproces: Amylase der kan spalte stivelse til glucose og maltose. Herefter tørres kornet og spirerne fjernes fra kernerne. Malten er nu klar til brygningen.

Brygning

Malten males i en maltmølle. Kernerne knuses, så stivelsen i malten bliver lettere at opløse.

Derefter bliver den knuste malt blandet med varmt vand, hvilket kaldes mæskning. Temperaturen under mæskningen kontrolleres nøje og har stor betydning for det endelige resultat. Måden stivelsen omdannes til maltsukker på påvirker nemlig i høj grad øllets alkoholprocent. Når stivelsen er om-dannet til maltsukker, er mæskningen færdig og urten kan sies fra. De fleste af de sukkerstoffer der udspaltes under mæskningen er til at nedbryde for enzymet amylase, på nær dekstrin der er en mel-lemting mellem stivelse og sukker.

Det foregår ved, at væsken løber gennem en si og pumpes over i en urtkedel. Under siningen sepa-reres urten (den flydende del) fra masken (alle de uopløselige ingredienser i malten). Styrken af urten har betydning for styrken i den færdige øl.

Urten koges og tilsættes humle. Undervejs kan tilsættes forskellige krydderier, som når man laver suppe. Når urten er færdigkogt nedkøles den og pumpes over i en gærtank.

Gæring

I gærtanken bliver urten tilsat gær. Under gæringen omdannes urtens maltsukker til alkohol og kul-dioxid. Anvendes undergær foregår gæringen som regel ved 10-16 °C og for overgærs vedkom-mende ved 18-25 °C. Gæringsprocessen varer som regel 4-6 dage.

Herefter tages stort set alt gæren fra, på nær nogle få celler der forbliver og optager de tilbagevæ-rende uønskede stoffer i øllet hvorefter de bundfælles og kan tages ud før tapningen af øllet. [5] Gæringen har altså stor betydning for ølbrygningen. I det følgende afsnit vil jeg derfor se nærmere på gærcellernes opbygning, livprocesser og indflydelse på brygningen.´

Gærceller

Gær er en encellet organisme, en mikrosvamp som kan formere sig ved celledeling. I gruppen af mikrosvampe findes slægten saccharomyces (latin for sukkersvamp). Svampen har fået sit navn efter dens evne til at udfolde sit liv i et sukkerholdigt miljø, hvor den både formerer sig og tager for

                            6
sig af omgivelsernes næringstilbud. En gærcelle måler ca. 0,01 – 0,05 mm

3

Antallet af faser varierer fra 3 til 5 afhængig af den anvendte kilde.

4

Se senere afsnit om omsætning af sukkerstoffer

5

Mikroskopisk Liv s. 91

6

Nielsen s. 70

Side 5

5

Cellernes opbygning

Gærceller er eucaryote og indeholder derfor en cellekerne med arvematerialet DNA omgivet af en membran. Cellemembraner består af steroler og lipider. I cytoplasmaet findes forskellige organeller, mitochondrier og ribosomer. Uden på cellemembranen er en kraftig cellevæg.

Gærcellers formering

Når gærcellen kan optage næring, begynder den at formere sig. Det foregår normalt ukønnet ved, at modercellen afstøder en dattercelle. Formeringen er energikrævende og foregår mest effektiv ved tilstedeværelsen af ilt. Hvis der har været tilstrækkeligt ilt tilstede ved gæringens opstart, vil antallet af gærceller blive 5-8-doblet i løbet af gæringens første dage. [7]

Formeringen af gærcellerne sker ved knopskydning og efterfølgende celledeling foregår aerobt-under tilstedeværelsen af ilt. Selve gæringen, hvor cellerne laver en ufuldendt omdannelse af næ-ringsstoffer til energi med alkohol som affaldsprodukt foregår anaerobt - uden ilt.

Gærceller deler sig ved mitoser – den ukønnede formering – kendt som vækstdeling, hvor en celle bliver til to celler med samme kromosomtal som den oprindelige celle, og ved meioser – Kønnet formering – hvor der dannes fire celler med det halve kromosomtal som den oprindelige celle - der-for kendt som reduktionsdeling. Det er dels genetisk bestemt om en art gør det ene eller det andet, med det kan også afhænge af næringsforholdene. Når der er mangel på næring, vil meioserne fore-

komme oftere.^{8}

Gæringsprocesser

Den anaerobe proces: C H O → 2CO + 2CH CH OH + energi (2ATP + 136 kJ)

6 12 6 2 3 2

Den aerobe proces: C H O + 6O → 6CO + 6H 0 + energi (ca. 38 ATP + 1651 kJ)

6 12 6 2 2 2

Gærceller skaffer sig energi ved at nedbryde monosakkarider eller disakkarider. Cellerne kan ved en respiration, som er en aerob proces, skaffe sig megen energi. Ved alkoholgæringen, som er en anae-rob proces, danner gærcellerne knap så meget energi og alkohol som affaldsstof.

Gærklassificering

Det, der karakteriserer de enkelte gærstammer, er:

• Evnen til at udskille aromastoffer (estere, dimetylsulfid, diacetyl)

• Evnen til at forgære sukkerstoffer (forgæringsgraden)

• Evnen til at bundfælde gæren (flokkulering)

De fleste af de gærtyper, der anvendes til ølbrygning, bagning og vinfremstilling tilhører gærsvam-peslægten saccharomyces, som kommercielt set er en af de vigtigste mikroorganismer i verden. Det

                                                                     9
var derfor den første organisme med cellekerne, der fik kortlagt sin arvemasse i 1996.

Klassificeringen af gærarter er hidtil fortaget ud fra, om de forskellige gærtyper kunne formere sig med hinanden. Man opdelte gæren i saccharomyces cerevisiae og saccharomyces carlsbergensis.

En opdeling der fik klassificeringen over og undergær.

7

Wrisberg s. 81

8

http://intranet.odensekatedralskole.dk/

9

Wrisberg s. 57

Side 6

6

Indtil 1984 blev undergær og overgær opfattet som to forskellige arter. Men den opdeling er man begyndt at gå væk fra, da man har fundet ud af at de to slags gær genetisk set er ens. Derfor kan gæren ikke længere klassificeres i sådan en opdeling i den videnskabelige taksonomi.

Siden mennesket begyndte at kultivere gæren, har vi udviklet et bredt udvalg af nye gærstammer under kategorien saccharomyces cerevisiae. Der findes nu over 190 forskellige gærstammer, med

                          10
hver deres unikke karakteristika.

Gærens betydning for ølbrygning

Det helt essentielle ved gæren i forbindelse med ølbrygning er gærens evne til at fermentere og re-spirere, alt efter hvad miljøet byder.

Er koncentrationen af sukkerstoffer høj og iltindholdet lavt, vil gæren anvende fermentering til at skaffe sig den fornødne energi og essentielle byggeklodser, som den skal bruge til at overleve - om-danne glucose til alkohol, kuldioxid og energi.

Er der derimod kun lidt sukker og meget ilt, vil gæren hellere end gerne respirere, eftersom det gi-ver en langt bedre energi udnyttelse (ca.14 gange så højt som ved fermentering), men da der kun dannes vand, kuldioxid og energi ved respiration, og ikke alkohol, er man ved ølbrygningen kun interesseret i at få gæren til at fermentere.

Et tilpas sukkerindhold i ølbrygningen, er når gæren er på et eksistensminimum, det betyder at gæ-ren har sukker til at holde sig i live via fermentering, uden at reproducere sig.

Der er dog forskel på, hvordan forskellige gærtyper opfører sig under forskellige forhold.

Ølgæring er som tidligere nævt en anaerob gæring, hvor der dannes ethanol efter følgende reakti-

onsligning: C H O → 2 CH CH OH + 2 CO

6 12 6 3 2 2

Ved fremstilling af øl anvendes sukkerstoffer fra en enzymatisk nedbrydning af stivelsen, indeholdt i det bygkorn, der blev anvendt til fremstillingen af malten.

Under iltfrie betingelser omdannes 95 % af glucosen til alkohol og kuldioxid. Af de resterende 5% dannes der små mængder af forskellige organiske stoffer (glycerol og fuselolier). Gæringen ophø-rer, når alkohol % overstiger 13-15 %, idet alkoholen virker giftig på gærcellerne ved denne kon-centration, eller hvis der ikke er mere glucose at forgære. [11]

De biokemiske processer

Hvis man ser nærmere på de kemiske processer, der foregår under brygningen af øl, er der særligt to områder, der er interessante for slutproduktet: Omsætningen af sukkerstoffer og enzymernes ind-virkning på brygningsprocessen.

Omsætning af sukkerstoffer

Det vigtigste sukkerstof (sakkarid) i forbindelse med fermenteringen [12] er glucose (eller druesukker), som har molekyleformen C H O.

6 12 6

I bygkornet optræder sukkerstofferne oprindeligt som stivelse, der er polysakkarider med formlen (C H O). Når kornet spirer omdannes stivelsen ved hjælp af enzymet

6 10 5 n amylase til maltsukker eller maltose – et disakkarid med formlen C H O. Dette er

12 22 11 essentielt, da gær kun er i stand til at udnytte de simplere former for sakkarider (mo-

10 www.glocalbeer.dk

11

http://www.frborg-gymhf.dk/KK/NVG%20forl%C3%B8b/Alkohol/enzymer.htm

12

Fermentering af den gæringsproces, hvorved der dannes alkohol

Side 7

7 no- og disakkarider). Monosakkarider (som glucose) kan optages direkte gennem gærcellens celle-membran ved almindelig diffusion, mens disakkarider vil blive spaltet til glucose og fruktose (frugt-sukker).

Glucose

Glucose har molekyleformlen C H O. Når to glucosemolekyler bindes sammen, kan der hen-

6 12 6 holdsvis dannes maltose eller cellobiose. Disse stoffer kaldes disakkarider. Hvis det ene glucosemo-

                                                                      13
lekyle er låst fast i α-stilling er der tale om maltose, ved cellobiose er tale om β-stilling.

Cellobiose bygges sammen af planter til cellulose, der er hård og strukturdannende. Man kan sige, at det er planternes skelet, der bygges af cellulose.

Maltose

Maltose er et disakkarid, som optages ved aktiv transport under forbrug af ilt. Når molekylet er inde i cellen, spaltes det af enzymet maltase til to glucosemolekyler, som derefter kan indgå i cellens

        14
stofskifte.

Stivelse

Stivelsen er en sammenkædning af de glucosemolekyler, der dannes ved plantes fotosyntese efter

formlen: 6CO + 6H O → C H O + 6O

2 2 6 12 6 2

Planterne binder glucosemolekylerne sammen til lange kæder, der fraspaltes vand:

n C H O → (C H O)n + n H O

6 12 6 6 10 5 2

Disse kæder kaldes stivelse og er planternes energidepot ligesom mennesker opbygger glycogen i leveren. Bygkornets indhold af stivelse er et energidepot, som planten medgiver bygkornet for at den fremspirende kimplante kan vokse i jordens mørke, hvor der ikke er mulighed for fotosyntese.

Stivelsen fungerer som plantens energidepot. Når stivelsen skal nedbrydes skal der ske ved hjælp af enzymer. I bygkerner nedbrydes stivelsen til maltose, som består af 2 glucosemolekyler sammen-holdt ved en binding. Denne maltose er gærceller i stand til at nedbryde til alkohol og kuldioxid.

Enzymernes funktion

Enzymer er proteiner, der fremskynder en kemisk proces uden selv at blive forbrugt. Enzymer er et eksempel på katalysator. Enzymer er cellernes værktøj. Akkurat som det er nødvendigt at benytte forskellige slags værktøj til forskellige opgaver, således benyttes også forskellige enzymer til for-skellige processer.

Enzymer deltager både i spaltnings- og synteseprocesser. Et enkelt enzym virker som regel kun på ét bestemt stof (substratet). Eller på nogle få stoffer med stor lighed i kemisk opbygning. Det hæn-

13

Se bilag 1

14

Fermentering s. 19

Side 8

8 ger sammen med, at enzymmolekylet først knytter sig til substratmolekylet. Men dette sker kun, hvis de to molekyler passer sammen som en nøgle i en lås.

Den vigtigste proces ved ølfremstilling er omdannelsen af maltens stivelse, da gærcellerne ellers

ikke kan bruge urten som substrat.^{15}

Der er op imod tyve forskellige enzymer i gærceller, der medvirker ved gæring. De forskellige en-zymer spalter glucosekæderne på specifikke stede. Hvert enzym katalyserer en delproces i den sam-lede proces. [16] Uden enzymer ville gærcellerne ikke kunne nedbryde sukkerstofferne og ville derved ikke kunne danne alkohol eller omdanne stivelsen i kornet til de sukkerstoffer som gærcellerne ud-nytter i deres energiproduktion.

Enzymerne har således stor betydning for ølproduktionen og er helt afgørende for, at gæringspro-cesserne forløber efter hensigten.

Ydre forholds indvirkning på brygningsprocessen

For at sikre en stabil og ensartet brygning, må bryggeren også sikre sig, at en række ydre forhold er i orden.

De ydre forhold er her defineret som forhold, der ikke direkte er en del af processen, men som har

betydning for udviklingen/resultatet af bryggen.

Temperatur

En vigtig ydre parameter for at sikre optimal brygning er temperatur. Temperaturen skal løbende kontrolleres og holdes inden for bestemte grader:

• Byggen spires ved 15-18 °C

• Malten knuses, blandes med vand mellem 34-40 °C.

• Det er vigtigt, at urten afkøles inden gæren tilsættes

• Gærcellernes aktivitet er stærkt afhængig af temperaturen. Gærceller ved 10-15 grader er ik-ke særligt aktive. Ved øget temperatur øges deres aktivitet indtil 45 °C. Herefter falder akti-viteten brat. Efter 50 °C begynder cellerne hurtigt at dø. Gærcellernes optimale væksttempe-ratur ligger mellem 30 og 35 °C. Det er igen enzymaktiviteten, der er afgørende. Enzymak-tiviteten stiger eksponentielt, hvilket betyder, at der sker en fordobling af aktiviteten, hver gang temperaturen hæves 10 °C. Når temperaturen bliver for høj, denaturerer proteinerne og enzymaktiviteten falder drastisk.

• Undergær gærer bedst ved temperaturer mellem 6-15 °C. Overgær gærer bedst ved tempera-turer ved 18-22 °C.

• Det færdige øl skal lagres køligt – dvs. under 5 °C.

Hver proces i produktionen har således sine temperaturforhold at overholde.

Ilt

Ilt er en væsentlig faktor for, at gæringen kommer hurtig i gang. Der kan anvendes ren ilt for at få gæringen hurtigt i gang. Formeringen af gærceller er energikrævende og foregår mest effektiv ved tilstedeværelsen af ilt. Hvis der har været tilstrækkeligt ilt tilstede ved gæringens opstart, vil antallet af gærceller blive 5-8-doblet i løbet af de første par dage. [17]

15

Nedbrydningen af stivelse er vist skematisk på bilag 1.

16

Biologisk Forskning s. 151

17

Wrisberg s. 81

Side 9

9

Hygiejne

Ved ølbrygning skal man være opmærksom på at holde en høj hygiejnisk standart. Desinfektion af kar, instrumenter og flasker er nødvendigt for at minimere mængden af uønskede bakterier i øllet, eller at øllet bliver inficeret med vildgær.

Bryggevandet

Hovedingrediensen i øl er vand.

Det har derfor stor betydning for resultatet af produktet, hvordan vandets tilstand er, indholdet af vitaminer og mineraler, PH-værdi, bakterier mm.

Det væsentligste parameter er vandets PH-værdi, da det har betydning for både mæskningen, sining og urtkogningen.

Mikrobryggerierne bruger i stort omfang det vand, der måtte være tilgængeligt, men på de store bryggerier renses alt vandet i dag, hvorefter mineraler tilsættes i rette mængder.

Konklusion

Forståelse for de biokemiske processer, der har indflydelse på slutproduktet, er vigtigt, hvis man vil sikre en optimal ølproduktion. Ølbrygning er meget afhængigt af gærcellers omsætning af sukker-stoffer ved hjælp af enzymer.

Enzymet amylase er vigtigt for nedbrydning af stivelser og maltase er det vigtige enzym i nedbryd-ningsprocessen af maltose til monosakkarider. Gærcellernes livsbetingelser er meget afhængige af temperatur, ilt og næringsstofmængde.

Urtens koncentration af sukker har betydning for øllets endelige alkoholprocent, da mængden af tilgængeligt sukker afgør mængden af alkohol og kuldioxid – to stoffer der kendertegner øl.

Det er enzymerne i gærcellerne, der styrer processerne, idet de virker som katalysatorer for hver delproces. Denne forståelse gør os i stand til at regulere de enkelte trin i den komplekse proces fra korn til øl.

De ydre forhold har stor indvirkning på brygningsprocessen, idet temperatur, hygiejne, ilt og vand

er med til at regulere og/eller forpurre en optimal brygning. Man skal derfor sikre sig at temperatu-

ren reguleres inden for de optimale intervaller, at hygiejnen er i orden og at næringsstof- og ilt-mængden er optimal og at vandet har en passende PH-værdi.

Perspektivering

Langt de fleste danske øl brygges fortsat på afarter af de gamle gærstammer fra Carlsbergs og i va-riationer over den gamle opskrift.

Inden længe vil vi dog antageligt se øl produceret på genmanipuleret gær, hvilket der allerede er udviklet flere varianter af. Langt de fleste varianter er stadig på forsøgsstadiet, men enkelte er god-

                          18
kendt til anvendelse i fødevarer.

Hvilken effekt genmanipuleret gær det får på ølproduktionen kan kun fremtiden vise. Men noget tyder på, at der er ”slankeøl” på vej. De forskellige enzymer spalter som nævnt glucosekæderne på specifikke steder. Enzymet amylase kan ikke spalte den del af maltosen, som indeholder forgrenin-gerne (dekstrin). Normale gærceller kan ikke forgære dekstrin. Ved hjælp af genetisk manipulation

18 www.nynatur.dk

Side 10

10 med gærceller kan deres evne til at forgære dekstrin forbedres. Da sukkerindholdet i almindelig øl næsten udelukkende består af dekstrin kan der fremstilles en øl med lavere energiindhold, hvis dek-strinen fjernes af gæren. Problemet med den genmanipulerede gær er, at den giver øllet en ubehage-lig phenolisk smag. Så indtil videre er det en OM´er.

Side 11

11

Litteratur

Wrisberg, Simon - Ølbrygning, Forlaget Cicero 2006

Bøegh, Henrik - Dansk Håndbryg s. 12 – Forlaget Bøegh 2005

Nielsen, Rolf - Politikens bog om øl, Politikens Forlag 2005

Microsoft og Uni-C - Naturvidenskabeligt grundforløb, Fermatering 2005

Biologisk Forskning, Gyldendal 1976

Lone Als Egebo - Mikroskopisk Liv, Nucleus Forlag 2004

Internet

http://intranet.odensekatedralskole.dk/~UL/gaeruge2.htm#opbygning

http://www.frborg-gymhf.dk/

www.glocalbeer.dk www.djaevlebryg.dk www.nynatur.dk

Side 12

12

Bilag 1 - Kemisk reaktionsskema

Hoved-reaktionen er glucosens omdannelse til ethanol og kuldioxid. Dette er i virkeligheden en

meget kompliceret proces, hvor først glucose omdannes til pyruvat (kaldes glykolysen = 10

delreaktioner), og derefter sker der en videre omdannelse af pyruvat til ethanal og videre til ethanol.

Glucose til ethanol og kuldioxid

Baggrundsviden: en oversigt over reaktionerne i glykolysen:

1 α-D-glucose + ATP 🡪 α-D-glucose-6-phosphat + ADP + H+

2 α-D-glucose-6-phosphat 🡪 D-fruktose-6-phosphat

3 D-fruktose-6-phosphat + ATP 🡪 D-fruktose-1,6-diphosphat +ADP + H+

(enzym: phospho-fructo-kinase)

4 D-fruktose-1,6-diphosphat 🡪 dihydroxyacetone-phosphat + Dglyceralaldehyd-

3-phosphat

------- (det oprindelige glucose-molekyle er splittet i to … DHAP og GA3P) ---

(trin 5: DHAP omdannes til GA3P, der fortsætter i glykolysen)

6 2 x (D-glyceralaldehyd-3-phosphat + NAD+ + P 🡪 1,3-diphosphoglycerat + NADH )
7 2 x (1,3-diphosphoglycerat + ADP 🡪 3-phosphoglycerat + ATP )

8 2 x (3-phosphoglycerat 🡪 2-phosphoglycerat)

9 2 x (2-phosphoglycerat 🡪 phosphoenolpyruvat + H2O)
10 2 x (phosphoenolpyruvat + H+ + ADP 🡪 pyruvat + ATP)

-----------------------------------------------------------

Netto: α-D-glucose + 2 NAD+ + 2 P + 2 ADP 🡪 2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O
2 x (Pyruvat + H+ 🡪ethanal + CO2)
2 x (Ethanal + NADH + H+ 🡪 ethanol + NAD+)

(enzym: alcohol dehydrogenase)

-----------------------------------------------------------

Netto: α-D-glucose + 2 P + 2 ADP 🡪 2 ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
C6H12O6 + 2 P + 2 ADP 🡪 2 C2H6O + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Heldigvis kan man opskrive et ret simpelt netto-reaktionsskema for den samlede proces, hvor så den koblede omdannelse af ADP til ATP er udeladt. Det reaktionsskema er velegnet til af-stemningsøvelse, tilstandsbetegnelser og mængdeberegninger:

Nettoreaktionsskema

C6H12O6 −−> 2 CH3CH2OH + 2 CO2

Hvis man i sit forsøg prøver at lade forgæringen ske frit i atmosfæren, således at der kan komme ilt til reaktionen, så vil man opdage, at der ikke dannes ethanol. I stedet forbrændes sukkeret fuldstændigt til kuldioxid og vand:

C6H12O6 + 6 O2 −−> 6 CO2 + 6 H2O

Side 13

13

Bilag 2 – Gæringsprocessen skaffer energi^{19}

Det karakteristiske ved gæringerne er, at der frigøres energi fra carbonforbindelserne uden medvir-ken af frit oxygen.

Ved alkoholgæring spaltes glucose til ethanol og CO

2

Ved gæringens indledning bruges der ATP til en aktivering af glucosen.

Hvert glucosemolekyle reager med 2 ATP-molekyler, og der dannes en 6C-forbindelse med 2 phosphatgrupper (fruktose – 1,6 diphosphat).

Denne forbindelse spaltes i to halvdele, og hver af disse 3C-molekyler bindes til endnu en phosphatgruppe.

Der tages fra forhåndenværende uorganisk phosphat. Denne proces koster ikke ATP.

Nu følger den proces der forsyner cellen med energi.

De to 3C forbindelsers omdannelser frigør energi.

Der ofres to ATP molekyler på hvert glucosemolekyle, der går i gæring.

Men samtidig dannes der fire ATP molekyler for hvert glucosemolekyle der føres helt igennem gæ-ringsprocessen.

Der vindes på den måde to ATP-molekyler PR. glucosemolekyle.

Det betydningsfulde i denne proces er, at en del af den kemiske energi der findes i glucosemoleky-let stilles til rådighed for cellen i form af ATP.

Energi nok til at gærcellerne kan vokse.

Bilag 3 - Undergær og overgær

Undergær gærer bedst ved temperaturer mellem 6-15 °C.

Overgær gære bedst ved temperaturer ved 18-22 °C. Nogle steder angives temperaturintervallet til

15-25 °C.

Undergæring arbejder typisk langsommere og cellerne i undergæring optræder typisk sammenhæn-gene. De bundfælder i slutningen af gæringen, som typisk vare 1-2 uger.

Her efter tappes gæringstanken ud i bunden.

Undergær betegnes som flokkulerende gær. Giver en klar grøn øl.

Overgærstammer stiger op i karret under gæringen og ligger som et tykt skummende lag. Cellerne optræder typisk enkeltcellet eller sammen to og to, og svæver længe i øllet, de løftes op til toppen af kulsyreboblerne. Gærcellerne kan ligge så tykt at det nogle gange kan samles op i flager.

Overgær arbejder typisk hurtigt og gennemfører gæringen på 3-6 døgn.

Bilag 4 – Vandets PH-værdi

Destilleret vand, som ikke indeholder mineraler har en pH værdi på 7.

En mindre del af vandmolekylet er spaltet til (dissocieret) i H+ og OH -. Vandet er hverken basisk
eller surt, men neutralt, da der er lige store koncentrationer af H+ og OH-.

19

Biologisk Forskning s. 151-53

Side 14

14

De mineraler der er væsentlige med hensyn til brygvandet PH-værdi er calcium, magnesium og hydrogenkarbonat.

Hydrogencarbonat og PH

Hydrogenkarbonat forskyder ligevægten i vandet ved, at H+ neutraliseres ved dannelse af CO og

2 vandet dermed bliver mere basisk.

Hvis der er meget Hydrogenkarbonat i vandet skal der derfor tilsættes mere syre for at få vandets PH-værdi til at falde.

                           +
Hydrogencarbonat neutraliserer H

HCO + H^{+} → H O+CO

3 2 2

Calciums og magnesiums virkning på pH

Disse to mineraler reagerer med fosfatforbindelserne i malten ved mæskningen, hvorved der frigø-res H+, hvilket virker forsurende på vandet.

Reaktionen forløber ikke fuldstændigt, da der også foregår andre reaktioner under mæskningen. Der skal derfor 3,5 dele calciumioner til at neutraliser en del hydrogenkarbonat og 7 dele magnesiumio-ner til at neutralisere 1 del Hydrogenkarbonat.

3CA^{2} + 2 HPO^{2-} → CA (PO) 2 H^{+}

4 3 4 +

Calcium reagerer med fosfat I malten og frigiver H^{+}.

For at beregne om vandet skal justeres med syre, beregnes vandets evne til at neutralisere syre, også kaldet vandets alkalitet eller buffervirkning.

                                                                        °
For at gøre størrelsen sammenlignelig omregnes koncentrationerne til hårdhedsgrader (dh )

Restalkaliteten er indholdet af syreneutraliserende ioner udtrykt i hårdhedsgrader, når calcium og magnesiums forurenende effekt er modregnet. Restalkaliteten har derfor stor betydning for kvalite-ten af den øl der brygges.

Side 15

15

Bilag 5 - Enzymatisk nedbrydning af stivelse

Den vigtigste proces ved ølfremstilling er at omdanne maltens stivelse ellers kan gærcellerne ikke bruge urten som substrat.