Terug naar overzicht

Dieper in het vat gekeken (4)

tww februari 1996
Door: Mark van Bommel

Dieper in het vat gekeken

Maischen

Deel I: de algemene theorie en proteases

Maischen is eenvoudig uit te voeren, maar moeilijk te begrijpen. Daarom volgt hieronder en in de komende nummers een theoretisch inleiding over de biochemie van het maischen.

Het is even doorzetten, jongens en meisjes, maar helaas is deze theorie nodig om zinnige beslissingen te kunnen nemen over het te volgen maischproces en de te gebruiken temperaturen. Maischen is het in stappen verwarmen van een beslag. Doel van het maischen is eiwitten en zetmeel uit de mout af te breken tot kleinere eenheden, waar de gist iets mee kan. Gist kan dit namelijk niet zelf. De stoffen uit de mout breekt de gist af met behulp van enzymen. Maar wat zijn nu eigenlijk enzymen? Bijna geen enkele omzetting van de ene stof in de andere verloopt in levende wezens zonder de hulp van enzymen. Veel biochemische reacties kunnen zonder de hulp van enzymen niet eens plaatsvinden of alleen zeer langzaam (miljoenen malen langzamer dan met een enzym).

Aminozuren

Enzymen zijn eiwitten en zijn opgebouwd uit ketens van aminozuren. Er bestaan ruim twintig verschillende aminozuren en ze hebben in elk organisme -of het nu een gistcel of een mens is- dezelfde, vrij simpele, chemische samenstelling.

Het gebruik van aminozuren is dan ook al meer dan twee biljoen jaar oud. De aminozuren kunnen zich aan elkaar binden door middel van een reactie tussen een koolstofatoom van het ene aminozuur met een stikstofatoom van het andere. Deze binding heet een peptidebinding. Op die manier kunnen deze lange ketens vormen, die door middel van elektrische aantrekking tussen de aminozuren (waterstofbruggen) ook nog allerlei ruimtelijke vormen (helixen, vlakke platen en dergelijk) kunnen aannemen. Verder kunnen de ketens zich aan elkaar binden via de zwavelverbindingen van het aminozuur cysteïne. De eiwitketens kunnen zo een buitengewoon ingewikkelde ruimtelijke structuur krijgen. Een beetje keten bestaat al gauw uit honderden aminozuren en een enzym heeft vaak meerdere ketens. De volgorde van de aminozuren in de eiwitten is uitermate belangrijk, één verkeerd aminozuur kan de werking van het eiwit volledig vernietigen. In het DNA van de cel staat beschreven hoe de volgorde van de aminozuren moet zijn. Zit er consequent een fout in het DNA, dan zal elke keer als een eiwit gemaakt wordt een foute volgorde worden aangehouden. Het slachtoffer heeft dan een erfelijke afwijzing.

Eiwitten

Niet alle eiwitten zijn enzymen. Eiwitten maken botten en de huid elastisch en sterk, geven of herkennen signalen in de zenuwen, transporteren zuurstof en andere stoffen door het lichaam, zijn de bouwstenen van spieren, herkennen binnendringende vreemde organismen (als antilichaam) die ziektes kunnen veroorzaken en controleren de groei van cellen.

Enzymen

De namen van enzymen zijn makkelijk te herkennen: ze eindigen op -ase.

Behalve aminozuren bezitten enzymen meestal ook andere groepen chemische stoffen. Vaak zijn dit vrij ingewikkelde moleculen, met in het centrum een metaalatoom (ijzer, zink, koper maar soms zelfs rare metalen als vanadium). Deze groepen voeren vaak de feitelijke reactie uit en worden prosthetische groepen genoemd. In het onderstaande plaatje zie je zo'n groep, de zogenaamde heemgroep uit hemoglobine, het eiwit uit rode bloedcellen dat zuurstof bindt, vervoert en op de juiste plaats weer afgeeft. Het ijzeratoom (Fe) in het midden is de plaats waar zuurstof aan bindt.

haemgroep

De aminozuurketens houden deze groepen op hun plaats en kunnen door de ruimtelijke ordening te veranderen, zorgen dat een enzym wel of niet werkt. Vaak wordt een enzym 'aan gezet' door dat in de cel veel van de stof die het enzym moet omzetten aanwezig is. De producten van de reactie remmen vaak de werking van het enzym. Andere belangrijke factoren zijn de zuurgraad (pH) en temperatuur van het beslag. Elk enzym heeft zijn eigen voorkeuren. Vooral een juiste pH is erg belangrijk, een enzym met een pH-optimum van 5 zal bij pH 8 gewoon niet werken. De temperatuur mag niet te veel van het optimum zitten, maar een graadje meer of minder maakt echt weinig uit. Het is dus belangrijker dat je beslag precies de goede pH heeft, dan dat het precies op temperatuur is. Een eiwitrust mag bijvoorbeeld op 50°C, maar ook op 53°C plaatsvinden. In je beslag vinden verschillende enzymatische reacties plaats, alle verschillende enzymen hebben een ander pH-optimum. Omdat je niet bij elke enzymstap steeds de pH kan aanpassen, moet je een gemiddelde nemen. Dit gemiddelde ligt volgens professor Baetslé tussen pH 5,4 en 5,6. Meet de pH altijd bij 20°C!! Niet alleen omdat de meeste pH-meters niet tegen hoge temperaturen kunnen, maar vooral omdat de pH temperatuurafhankelijk is. Bij hoge temperatuur is de pH lager. Meet pas een minuut of tien nadat je het beslag gemaakt heb de pH, zodat alle stoffen uit de mout goed zijn opgelost.

Zuur indien nodig aan met melkzuur, fosforzuur of citroen­zuur.

Eiwitten zijn natuurlijke stoffen en zijn gevoelig voor grote wisselingen in temperatuur en pH. Bij hoge temperatuur of extreem lage of hoge pH valt de ruimtelijke structuur van een eiwit uit elkaar. Is dit eenmaal gebeurd, dan is de oorspronkelijke structuur niet meer terug te krijgen. Dit proces noemt men denatureren. Gedenatureerde enzymen werken niet meer. Vaak klonteren gedenatureerde eiwitten in grote hoeveelheden aan elkaar en krijg je een vaste substantie. Dit is wat er gebeurt als je een ei kookt. Gekookt ei is dus gedenatureerd kippe-eiwit. Tijdens het maischen, maar vooral tijdens het koken vlokt een groot deel van de mouteiwitten uit (zeker als je ook nog Iers mos meekookt), waardoor je helder bier krijgt.

Proteases

Proteases zijn enzymen die eiwitten kunnen afbreken. Ze splitsen de peptidebindingen tussen de aminozuren en kunnen zo van grote eiwitten kleinere eiwitten, peptides (korte ketens van aminozuren) of aminozuren maken. De proteases zijn onder te verdelen in proteïnases, die hele eiwitten aanvallen, en peptidases, die alleen de kleine peptides die de proteïnases aanmaken kunnen afbreken. Het merendeel van de proteases uit planten (zoals gerst) heeft geen prosthetische groep. De feitelijke splitsingreactie vindt plaats op een paar aminozuren die samen een reactiecentrum vormen. De carboxylpeptidases bevatten wel een prosthetische groep, meestal met een zinkatoom in het reactiecentrum.

In de bierbrouwerij zijn de proteases heel belangrijk. Gistcellen kunnen weliswaar zelf aminozuren en eiwitten opbouwen, maar dat kost wel energie. Wil een gistcel kunnen groeien dan is het makkelijker om aminozuren uit de omgeving op te nemen, dan ze zelf te maken. Het wel of niet aanwezig zijn van een bepaald aminozuur kan ook grote gevolgen hebben voor de smaak van het bier. Als een gistcel bijvoorbeeld niet genoeg valine of isoleucine (twee aminozuren) uit de wort kan halen, moet hij het zelf aanmaken. Eén van de tussenproducten is  alfa-acetolactaaté de voorloper van diacetyl. Wort die arm is aan valine en isoleucine zal dus bier opleveren met veel diacetyl en moet dus langer lageren, wil dit naar boter smakende stofje kunnen verdampen. Als je bier troebel is komt dit meestal door eiwitten. De proteases zorgen dus, door de eiwitten af te breken, voor helder bier. De proteases werken bij vrij lage pH (rond de 5,1) het best. De optimum-temperatuur  van de diverse proteases uit mout liggen tussen de 45 en 55°e. Tussen de 45 en 52°C krijg je de meeste peptidevorming, dus vormen zich dan vooral kleine eiwitjes. Bij 50°C krijg je de meeste aminozuurvorming en bij 55°C de meeste vorming van eiwitten die niet neerslaan en in je bier bijdragen aan de schuimkraag.

Hoe lang en bij welke temperatuur moet je nu de eiwitrust handhaven? Een mooi temperatuurgemiddelde is 52°C. De duur van de eiwitrust is afhankelijk van de hoeveelheid eiwitten in je beslag. Gebruik je veel ongemoute granen of tarwemout dan moet je ongeveer 20 -40 minuten deze temperatuur aanhouden. Een gemiddelde is dan een half uur. Gebruik je alleen gerstemout dan is een lange rust niet nodig, je kunt de stap dan 10-20 minuten aanhouden of zelfs overslaan. Volgens De Roerstok is dit laatste mogelijk als je goed opgeloste mout gebruikt (moet die goed is afgeëest en waarvan de eiwitten en het zetmeel beschikbaar zijn). Je maischt dan in bij 58°C en houdt deze temperatuur ongeveer 10 minuten aan. Dit is niet verstandig als je ongemout graan gebruikt, dan wordt je bier erg troebel. Zelf ben ik nog niet helemaal overtuigd van het overslaan van deze stap. Het overslaan van de eiwitrust bij 52°C betekent dat je meer grote eiwitten in je bier krijgt (beter schuim, maar troebel bier) en minder aminozuren. Gebrek aan aminozuren kan veel diacetyl opleveren. Ook kan de gisting trager gaan lopen, omdat de gist zelf de aminozuren moet aanmaken. wat tijd en energie kost. Energie in wort komt van de suiker, dus een hoger energieverbruik betekent ook een lager alcoholpercentage. Ik heb van mensen die dit geprobeerd hebben echter nog geen slechte verhalen gehoord. Sla, als je dat wilt, dus de stap bij 52°C over, mits je geen ongemout graan of tarwemout gebruikt.

Volgende keer volgt de theorie van de zetmeelafbraak: de werking van de amylases.

Literatur

Biochemistry (derde editie), Lubert Stryer, W.H. Freeman and Company, 988

Handboek van de studie van de mouterijen brouwerijtechnologie, Gilbert Baetslé, Industriële Hogeschool van het Rijk CTL, 1984

De Roerstok, Jacques Bertens, maart 1993, maart 1994

De Roerstok, Fred Engelhard, mei 1994

Terug naar overzicht