Chemie des Bieres -Ein Thema auch für den Chemieunterricht

Arbeitsgruppe Chemiedidaktik
Volker Woest, Andreas Grasser
Kontakt: [email protected], [email protected]
Chemie des Bieres
-Ein Thema auch für den ChemieunterrichtDie Geschichte des Bieres
Inhaltsstoffe
• Sumerische Tontafeln beschreiben, wie bereits zwischen 4000 und
2000 v. Chr. in Mesopotamien Bier hergestellt wird.
• Unter König Hammurabi (1728 – 1686 v.
Chr.) wird jedem Babylonier eine
bestimmte Biermenge zugewiesen.
• In der ägyptischen Kultur setzten sich die
Hieroglyphen für Mahlzeit aus den
Zeichen Brot und Bier zusammen. Süße
Biere mit Alraun, Safran oder Anis werden
bevorzugt.
• Es sind mehr als 2000 Inhaltsstoffe bekannt. Sie stammen
überwiegend aus den Rohstoffen Hopfen und Malz, nur ein
geringer Teil entsteht während des Brauens.
• Im Mittelalters wird die Geschichte des
Bieres maßgeblich durch Klosterbrauereien
geprägt. „Liquida non frangunt ieunum“
(Flüssiges bricht das Fasten nicht). Um 822
etabliert
sich
das
Brauen
unter
Verwendung von Hopfen.
• 70 – 75 % der Hopfenaromastoffe sind Terpene
• Die Maische wird per
Infusionsverfahren erwärmt
(Einkochapparat).
• Temperaturrasten im Bereich
der Wirkungsoptima der
Enzyme ermöglichen einen
effizienten Stärkeabbau.
• Zum Abläutern nutz man ein
Filtersystem.
Der Brauvorgang
O
H
H3C
O
CH3
O
R
CH3
H3C
OH
O
OH
HO
OH
O
H3C
H3C
CH3
CH3
Humulone
Trans-Isohumulon
CH3
Vitamingehalt des Bieres [μg/l]
Humulen
4020
.
• In der 90 min. Kochphase
lösen sich Hopfenbestandteile
und koagulieren Eiweiße.
• Nach dem Spindeln erfolgt
das Anstellen mit untergärigen
Hefen.
• Die Gärung findet im
offenen Bottich statt,
damit
entstehendes
Kohlenstoffdioxid
entweichen kann.
• Der Gärungsverlauf
wird mit einer Bier- Saccharomyces
spindel überprüft.
carlsbergensis
• Mit Zugabe der Speise
(unvergorene Würze) wird die
Nachgärung gewährleistet.
• Abschließend füllt man das
Jungbier in ein geschlossenes
Gefäß (Schlauchen).
324
6
1580
Niacin
Thiamin
CH3
H3C
Ein ägyptische Wandmalerei aus dem
Grab des Kenamon in Schech Abd el
Gurna zeigt das Bierbrauen
Bier selbst brauen
• Für 20 Liter Bier Pilsener Art
benötigt man eine Schüttung von
4,1 kg Pilsener Malz, etwa 50 g
Hopfen (8 % Alphasäure), 30 Liter
Wasser und untergärige Hefen.
O
H3C
H3C
CH3
• 1516 erlässt Herzog Wilhelm IV. das „Deutsche Reinheitsgebot“
Der Brauprozess im industriellen
Maßstab gleicht im Wesentlichen
dem Ablauf des Brauvorgangs beim
„Hausbrauen“:
• Bierbittere durch Humolone,
deren Anteil, je nach Hopfengabe 10 – 45 mg/l beträgt
• Gärungsbedingte Aromastoffe
sind unter anderem Alkohole,
Ester, Aldehyde, Diacetyl etc.
45 560
Riboflavin
Pantothensäure
Pyridoxin
Biotin
• In Bier finden sich die
Vitamine
Pantothensäure,
Thiamin, Bitotin, Riboflavin
Pyridoxin und Niacin.
• Die Menge der Gerbstoffe im Bier beträgt zwischen 150 und
200 mg/l, sie stammen zu 80 % aus dem Malz.
Hopfengerbstoffe flocken während der Würzkochung als
Eiweiß-Gerbstoffkomplexe aus.
Einige Experimente und analytische Untersuchungen
• Die Analytik dient der
Qualitätskontrolle und
wird parallel zum
Brauprozess
durchgeführt. Zuvor werden
die Gesamthärte und
der pH-Wert des
Wassers bestimmt. Zu
hohe Werte können
sich negativ auf die
Enzymwirkungen und
den Vergärungsgrad
auswirken.
Malz
-
Wassergehalt
Stickstoffgehalt
Fettgehalt
Polyphenolgehalt
Würze - Kohlenhydratabbau nach
Windisch
- Fotometrische Jodprobe
- Kohlenstoffdioxidgehalt
Bier
- Estergehalt
- Isohumulongehalt
- Alkoholgehalt
Die physiologische Bedeutung
• „Allein die Dosis macht, daß ein
Ding kein Gift sei“ [PARACELSUS]
• Nur 440 kcal/l (Limonade 459 kcal,
Milch 680 kcal, Wein 770 kcal)
• Der Konsum von 0,5 – 1 l Bier pro
Tag ist gesundheitlich unbedenklich.
• Neben den bekannten Wirkungen des
Alkohols (Gesundheitsschädigung ab
20 – 60 g reinem Alkohol) senkt Bier
das Risiko für Arteriosklerose,
Herzinfarkt, Apoplexie und Embolie.
• Der menschliche Bedarf an Mineralstoffen wird durch 1 l Bier in großem
Umfang gedeckt.
• Im Hopfen enthaltene Flavonoide
wirken entzündungshemmend. Isoxanthohumol sagt man eine antikanzerogene Wirkung nach.
Beispiel: Bestimmung des Kohlenstoffdioxidgehaltes
• Kohlenstoffdioxid
beeinflusst
den Geschmack und das
Schaumvermögen. Kontrolle der
Nachgärung
• Definierte Menge des mit NaOH
versetzten Bieres wird in einem
geschlossenen
System
mit
Salzsäure versetzt
• Mittels Luftstrom wird das
Kohlenstoffdioxid
in
eine
Bariumhydroxidlösung
überführt. Die resultierende
Konzentration der Lösung wird
per Titration mit HCl bestimmt
Apparatur zur Bestimmung des
Kohlenstoffdioxidgehaltes
Biersorte
Selbst gebrautes
Apoldaer Bier
[%]
0.357
0,283
0,324
0,44
0,46
0,47
Wir danken dem Fonds der Chemischen Industrie und der Apoldaer
Brauerei für ihre Unterstützung