Smaakafwijking nader bekeken: Ethylacetaat

tww februari 2014

Door: Theo van Eijden

Wat is het

Ethylacetaat (ethyl ethanoate) is een organische verbinding met de formule CH₃COOCH₂CH₃. Deze kleurloze vloeistof heeft een karakteristieke zoete geur, ook wordt het geassocieerd met de geur van “Velpon” of nagellak. Ethylacetaat is de ester van ethanol en azijnzuur. Het wordt op grote schaal industrieel geproduceerd. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt als oplosmiddel en verdunningsmiddel, vooral vanwege de lage kosten, lage toxiciteit en aangename geur. Zo wordt het vaak gebruikt om printplaten te reinigen en om nagellak te verwijderen. Koffiebonen en theebladeren worden cafeïnevrije gemaakt met dit oplosmiddel. Het wordt ook gebruikt als activator of verharder in verven.

Esters zijn zeer vluchtig, met name die een laag soortelijk gewicht hebben en worden vaak gebruikt in de productie van voedingsmiddelen (snoepgoed) en geuren (parfums), en zijn grotendeels verantwoordelijk voor veel van de smaken en aroma’s die geassocieerd worden met vele soorten vruchten. Het zijn de verbindingen die vele vruchten hun karakteristieke smaak geven.

Ethylacetaat verdampt snel op kamertemperatuur en heeft een kookpunt van 77°C. Ethylacetaat heeft relatief hoge geurdrempel van ongeveer 33 ppm (0,0033%, of 33 mg / l), terwijl de andere, prettigere esters in bier drempels hebben die aanzienlijk lager zijn. Er kunnen wel tot 60 verschillende esters in bier aanwezig zijn, maar slechts zes van hen hebben veel invloed op de smaak van het bier.

De ester groep bestaat uit koolstof en twee zuurstofatomen die zijn gebonden. Vanwege de variatie die kan optreden in de alcoholsoorten en zuren zijn er vele soorten en maten, maar ze delen het gemeenschappelijke kenmerk van de estergroep. Esters worden gewoonlijk gevormd door condensatiereacties van alcoholen en zuren; in het bijzonder van carbonzuren, die zuurstof bevatten. Dit zuur is in geval van de vorming van Ethylacetaat: Acetaat of Acetyl-CoA.

Figuur 1: Ethyl Acetaat

Wat er gebeurt is dat de twee moleculen zich samen verbinden tot een estergroep; dit zijn een zuurmolecuul en een alcohol molecuul, waarbij een water molecuul als bijproduct vrijkomt.

CH₃CH₂OH + CH₃COOH → CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

Figuur 2: Molecuul model van Ethyl Acetaat

Hoe ontstaat het

Sommige bieren hebben een fruitige smaak, omdat ze fruit bevatten. Anderen zijn fruitig vanwege de gebruikte hopsoort. Het banaan-achtige karakter van Hefeweizen is een gevolg van de gebruikte giststam. De gist die gebruikt wordt om een bier te vergisten is cruciaal voor de smaak van het eindproduct. Het verschil tussen ondergistende en bovengistende bieren is de gist die wordt gebruikt om ze te vergisten. Pilsnersgisten werken het beste bij lagere temperaturen, ongeveer 8 - 12ºC, en produceren relatief weinig smaak-actieve verbindingen tijdens de gisting. Dit levert een bier waarin de smaken van mout en hop centraal staan. Biergisten werken bij hogere temperaturen, 18 - 23ºC. Ze hebben de neiging om een groot aantal smaak-actieve stoffen synthetiseren tijdens de vergisting.

Ester is een fruitige smaak die geproduceerd wordt tijdens de vergisting en kan een variëteit geven aan smaak en aroma, zoals: peren, rozen, bananen of andere zachte vruchten. In zeer hoge concentratie geeft het een oplosmiddel-achtige smaak. Esters in een thuis gebrouwen bier kunnen zowel een zegen als een vloek zijn. Esters zijn gewenst in veel verschillende Engelse ales of Beierse Weizen, maar zijn een vloek in andere stijlen, zoals pils.

Hoe houdt je als brouwer controle over de esters die worden geproduceerd en de hoeveelheden die achterblijven in het bier? Het korte antwoord is een zorgvuldige keuze van de giststam en goede beheersing van het vergistingsproces om het gewenste esterprofiel te bereiken. Het lange antwoord is als volgt: Ethanol is verreweg de meest voorkomende alcohol in het bier na de vergisting. Er worden ook een aantal andere alcoholen gevormd, dit worden fuselalcoholen genoemd. Al deze alcoholen kunnen in de gistcellen worden omgezet in esters. De chemische reactie die verantwoordelijk is voor deze omzetting heet verestering. De specifieke alcohol die is veresterd bepaalt welke ester wordt geproduceerd. Zo levert ethylalcohol uiteindelijk ethylacetaat na de veresteringsreactie. De smaak van hiervan varieert van een licht peer-achtig karakter tot aan oplosmiddelen bij hoge concentraties. Evenzo wordt isoamylalcohol veresterd tot de banaanachtige isoamylacetaat. Deze ester is verantwoordelijk voor de uitgesproken bananensmaak die zo kenmerkend is voor de Beierse Hefeweizen. Deze chemische reactie, zoals zoveel in levende dingen, wordt gecontroleerd door een speciaal soort enzym, genaamd Alcohol AcetylTransferase of AAT. Om de hoeveelheid ester te maximaliseren moet men een gist selecteren die grote hoeveelheden van het enzym AAT produceert. De onderstaande esters komen voor in bier, vaak betreft het een mengsel en dat verhoogt de complexiteit. Deze drie zijn belangrijke esters;

Ethylacetaat (CH₃COOCH₂CH₃), hierboven reeds vermeld, is veel voorkomende ester in bier maar niet gewenst, de smaak beleving is negatief. Smaakdrempel: 30 mg/l. Voorkomende niveaus in bier: 5-30 mg/l. Gevormd door condensatie van acetyl CoA en ethanol. Geuren van nagellak en oplosmiddel bij hoge concentraties, maar kan een licht fruitige aroma geven op een laag niveau.
Isoamylacetaat (CH₃COOCH₂CH₂CH (CH₃)₂): een van de meest bekende en erkende esters in bier, vooral gebruikelijk in Hefeweizen. Smaakdrempel: 3 mg/l. Voorkomende niveaus in bier: 1.2 - 5 mg/l. Gevormd door condensatie van acetyl CoA en isoamylalcohol. Geuren van banaan, pear-drops.
Ethylhexanoaat (C₅H₁₁COOC₂H₅, ethylcaproaat): komt zeer vaak in bier voor. Smaakdrempel: 0.21 mg/l. Voorkomende niveaus in bier: 0.05 – 0.45 mg/l. Geuren van rode appel, anijs.

Hoe de estervorming beheersen

Giststam

De ene gist zal meer esters produceren dan de andere en sommigen zullen verschillende esters produceren. Bij de verestering van de alcohol treedt het enzym alcohol-acetyl transferase (AAT) als catalysator op. Dus een belangrijk stap om de fruitige smaken en geuren in het bier te beheersen is een giststam te selecteren die voldoende van het AAT enzym produceert. De juiste keuze van de giststam voor het type bier dat je voor ogen hebt is dus een randvoorwaarde. Als voorbeeld een Hefeweizen, dat kan je alleen maar maken met de juiste gist.

Gisthoeveelheid

Een volgende randvoorwaarde voor het beheersen van de estervorming is de hoeveelheid toe te voegen gistcellen. Als je te weinig gist toevoegt aan je wort, zogenaamd under-pitchen, zal de gist snel vermenigvuldigen zodat er een grote gistmassa wordt gevormd. Meer gistgroei betekent meer celwandproductie, die meer van het enzym AAT produceert omdat deze is gelokaliseerd in de celmembranen van biergist. Om fruitige esters te kunnen gaan produceren moet de gist dus een groeifase door maken, zodat het verbindingen kan vormen die de voorlopers zijn van de fruitige esters. Bij het toevoegen van een grote giststarter (veel of teveel gist), zal dat leiden tot weinig gistgroei, een zeer korte lag-fase met zeer minimale AAT productie. Dit maakt maar een beperkte vorming van esters mogelijk. Als je een bier wilt hebben met veel esters, maak dan een “kleine” giststarter, zodat de gist een kans krijgt om te vermenigvuldigen en de fruitige esters kan vormen die je wilt.

Vergistingstemperatuur

Een betere manier om de fruitige esters in je brouwsel te verhogen is om de vergistingstemperatuur te verhogen. Dit stimuleert een snelle gistgroei en daarmee bereik je hetzelfde eindresultaat als underpitchen; een snelle gistgroei en daarmee de vorming van veel AAT. Een ander effect van een hogere vergistingstemperatuur is dat er meer hogere alcoholen gevormd worden. Zonder deze hogere alcoholen zullen er geen esters gevormd kunnen worden. Van de twee methoden, underpitchen en het verhogen van de vergistingstemperatuur tijdens de aanloopfase (lag-fase) is de laatste de beste keuze. Toevoegen van weinig gist (underpitching) wordt over het algemeen niet aanbevolen vanwege mogelijke problemen in verband met gist stress en concurrerende verontreinigingen zoals wilde gist en bacteriën. De vergisting blijft tenslotte een wapenwedloop tussen de “goede” gistcellen en de “as van het kwaad” in de vorm van wilde gisten en bacteriën. Het is waarschijnlijk het beste om een gemiddelde hoeveelheid gezonde gist toe te voegen en het wort bij een hogere temperatuur (22-24 °C) te vergisten.

Zuurstof

Een andere werkwijze voor het verhogen van de estervorming in bier is de hoeveelheid beschikbare zuurstof in het wort te beperken. Gist heeft veel zuurstof nodig voor bouw van hun celwanden (4-14 ppm) en zal zich blijven reproduceren totdat alle opgeloste zuurstof is verdwenen. Tijdens reproductie gebruikt de gist zuurstof om onverzadigde vetzuren te vormen, Acetyl CoA. Dus door het verminderen van de hoeveelheid zuurstof voor de gist, zal er minder Acetyl CoA worden gevormd omdat er geen cel reproductie meer plaats vindt. Dit werkt tegengesteld aan de factoren die bij gistgroei spelen.

Als er veel zuurstof aanwezig is zal er een gistcel ontstaan met een sterk celmembraam, die het binnen dringen van fuselalcoholen in de gistcel kunnen beperken. Als er minder fuselacloholen de cel kunnen binnen dringen kunnen hieruit ook minder esters uitgevormd worden.

Andere factoren

Vergisten onder druk, verlaagt ester vorming.
Een hoog SG versterkt de vorming van esters

Samengevat

De veiligste manier om esters in een bier te verhogen is om een geschikte giststam kiezen en zorgen voor een hoge snelheid van de groei van de gist door vergisten bij hogere temperaturen.

Esters verlagen, zoals in de meeste bierstijlen gewenst is: kies een geschikte, schone giststam en vergist aan ondergrens van de temperatuurtolerantie van de gist. Geef altijd uw gist veel zuurstof.