in de afgelopen decennia zijn procesoptimalisatie en verhoogde efficiëntie prioriteiten geworden voor veel brouwerijen wereldwijd. Hoge zwaartekracht brouwen is een methode om deze doelstellingen te bereiken.
De be-en verwerkende industrie zoekt voortdurend naar manieren om de kapitaaluitgaven, de complement van de beroepsbevolking, het nut en andere operationele kosten te verminderen, terwijl tegelijkertijd wordt gewaarborgd dat de productkwaliteit constant hoog blijft. De brouwerij – industrie is geen uitzondering op deze trend en een van de procedures die worden toegepast om deze doelstellingen te bereiken is het zwaardere brouwen. Daarnaast zijn andere brouwinitiatieven op dit gebied (ook wel procesintensivering genoemd) gericht op:
- verhoogde fermentatie-en einddemping
- levensvatbaarheid en vitaliteit van hoogwaardige gist
- kortere productietijden, inclusief nieuwe giststammen
- efficiëntere bierstabilisatie en-filtratie
- verbeterde bierkwaliteit en-stabiliteit
het brouwen met hoge zwaartekracht is de afgelopen 40 jaar geleidelijk ingevoerd in brouwerijen over de hele wereld. Het is een procedure waarbij wort (ongegist bier) in hogere concentraties dan normale concentraties wordt gebruikt en die derhalve in een later stadium van het proces moet worden verdund met speciaal behandeld water (gewoonlijk gedeoxygeneerd) tot het gewenste gewicht of het gewenste alcoholgehalte. Door de hoeveelheid water die in het brouwhuis wordt gebruikt te verminderen, kan aan de hogere productiebehoeften worden voldaan zonder de bestaande brouw -, fermentatie-en opslagfaciliteiten uit te breiden. De verwerking van minder wort en bier, met behoud van een constante vloeistofproductie, leidt ook tot efficiëntiewinsten op het gebied van energieverbruik, arbeid, reiniging en effluent1. De brouwindustrie gebruikt een aantal unieke manieren om de wortconcentratie te meten. Een van deze metingen is °Plato. Het is een maat voor het suikergehalte van een oplossing die is afgeleid van de dichtheid ervan. De methode is gebaseerd op het procentuele gewicht van sucrose in een oplossing van 20°C. 12 ° Plato betekent bijvoorbeeld dat als alle suiker in die oplossing sucrose was, deze 12% van het totale gewicht van die oplossing zou uitmaken. Het brouwen met hoge zwaartekracht begon in de VS in de vroege jaren 1960 en verspreidde zich vervolgens over Noord-Amerika, Australië en Zuid-Afrika. In een aantal Europese landen (bijvoorbeeld Duitsland en het Verenigd Koninkrijk) belemmerden belasting-en regelgevingsmoeilijkheden de tenuitvoerlegging ervan. De problemen met de regelgeving zijn echter grotendeels overwonnen en het brouwen met hoge ernst kan nu wereldwijd worden uitgevoerd.
voordelen
naast de hierboven besproken voordelen biedt het brouwen met hoge zwaartekracht ook een grote flexibiliteit bij het biertype dat te koop kan worden aangeboden. Uit één enkele “voorraad” van zwaargewichtbier kan een brouwer een aantal verschillende producten produceren met verschillende originele extracten en alcoholniveaus (bijvoorbeeld lichte en laag/hoog alcoholgehalte bieren) zonder dat Voor elk biertype een aparte inventaris hoeft te worden bijgehouden. Bovendien wordt met de komst van hopextracten die met kooldioxide of ethanol als oplosmiddel worden geproduceerd, moutextracten, siropen en natuurlijke kleurstoffen het potentieel aan verhandelbare productsoorten verder uitgebreid 2.
nadelen
het brouwproces met hoge zwaartekracht heeft ook een aantal nadelen. De efficiëntie van het brouwhuismateriaal (de extractie-efficiëntie van oplosbaar materiaal uit mout en andere granen die bij het proces worden gebruikt) wordt verminderd als gevolg van de meer geconcentreerde puree. Ook is het gebruik van hop tijdens de kook van de wort-ketel verminderd; het uiteindelijke verdunde bier vertoont een verminderde schuimstabiliteit en er zijn ook variaties in de biersmaak3 opgetreden. Gistprestaties, grotendeels te wijten aan het meer geconcentreerde wort en de verhoogde ethanolproductie, kunnen nadelig worden beïnvloed door hoge zwaartekracht wort en, zoals later zal worden besproken, kan dit bijdragen aan een aantal aspecten van de stabiliteit van bier.
Gistmorfologie
veranderingen in de intracellulaire gistmorfologie zijn waargenomen, met name met betrekking tot de gistcelvacuole. De vacuole is een ovaal lichaam in de cel dat bestaat als een enkele organel, of als verschillende afzonderlijke componenten. Het is meestal een derde van de breedte van de cel. Het fungeert als reservoir voor de opslag van voedingsstoffen en specifieke enzymen en het volume verandert met de groeifase en omgevingsomstandigheden. Studies met zowel ale-als lagergiststammen hebben een vergroting van de vacuole waargenomen wanneer culturen hoge zwaartekracht wort (20° Plato) fermenteren in vergelijking met lagere zwaartekracht wort (12° Plato) (figuren 1 en 2). De uitbreiding van de vacuole wordt verondersteld om een reactie op de osmotische spanning te zijn die aan de cellen door het hoge gewichtskruid wordt opgelegd.
verdunningswater
reconstitutie van het hoogzwaartekruid, of gefermenteerd wort met water (een proces dat ook bekend staat als verdunning of snijden), kan in bijna elk stadium van het brouwproces plaatsvinden. Hoe later de toevoeging van water plaatsvindt, hoe groter de toename van de brouwcapaciteit. De kwaliteit van het gebruikte verdunningswater is kritiek en hangt af van de plaats van toevoeging. Hoe later in het proces het plaatsvindt, hoe groter de kwaliteitseis. Bijvoorbeeld, als verdunning plaatsvindt tegen het einde van de primaire gisting, moet het water worden gefilterd met koolstof, met de juiste pH en microbiologisch gezond zijn. Indien de verdunning echter zo laat mogelijk in het proces plaatsvindt (in het filtratiestadium), moet de grootste zorgvuldigheid worden betracht. Het water moet van dezelfde kwaliteit en chemische samenstelling zijn als het voor het brouwen gebruikte water. Het moet steriel zijn, een opgeloste zuurstofconcentratie hebben van minder dan 50 ppm, een temperatuur van 1°C en koolzuurhoudend zijn aan het CO2-gehalte van het bier. De reden voor de lage concentratie opgeloste zuurstof in het verdunningswater is dat verpakt bier, in tegenstelling tot de meeste alcoholische dranken, onstabiel is. Een van de belangrijkste factoren die bijdragen aan deze instabiliteit is oxygen2.
Bierstabiliteit
Bierstabiliteit (of instabiliteit) kan worden beschouwd binnen zes categorieën: fysisch (colloïdaal), smaak, schuim, licht, biologisch en stromend. De eerste drie categorieën zijn betrokken bij de bierkwaliteit als gevolg van zware brouwprocedures. Bieren met een hoge zwaartekracht blijken fysisch stabieler te zijn in vergelijking met hun tegenhangers met een lagere zwaartekracht (Tabel 1). Anekdotisch bewijs zou erop wijzen dat gebrouwen bieren met hoge zwaartekracht ook de smaakstabiliteit hebben verbeterd. Bieren die met een hogere zwaartekracht gebrouwen worden, hebben echter een slechtere stabiliteit van de kop (schuim) (Tabel 1 – nibem is een maat voor de instorting van het schuim, hoe lager het aantal hoe slechter de stabiliteit van het schuim)4. Bier bevat een aantal schuimpositieve verbindingen. Deze omvatten polypeptiden, ISO-alfazuren, melanoidinen en metaalionen. Polypeptiden spelen een belangrijke rol bij de vorming en stabiliteit van bierschuim. Het is algemeen aanvaard dat de polypeptiden van de grootste hydrofobe (degenen die ‘hekel’ aan water) karakter produceren de meest stabiele schuim. Het is het bezit van polypeptidehydrophobicity, eerder dan Grootte, dat in het produceren van stabiel bierschuim het belangrijkst is. Het niveau van hydrophobic polypeptiden kan worden bepaald gebruikend chromatografische technieken5 en men heeft gevonden dat gedurende het brouwproces er veel groter verlies van deze polypeptiden tijdens een hoog ernst het brouwen proces in vergelijking met lagere ernst het brouwen procedures is (Figuur 3). Wanneer het bier met een hoge zwaartekracht werd verdund tot een alcoholconcentratie gelijk aan het bier met een lage zwaartekracht, bevatte het een hydrofoob polypeptidegehalte van minder dan 50% van het bier met een lage zwaartekracht.4 In Figuur 3 is te zien dat fermentatie een belangrijke fase is waar hydrofobe polypeptiden verloren gaan tijdens het brouwproces. Twee belangrijke factoren zijn verantwoordelijk voor dit verlies. Ten eerste is bekend dat voortijdig schuimen (met name in cilindroconische vaten) verantwoordelijk is voor het verlies van een grote hoeveelheid schuimactieve stoffen en dit probleem wordt verergerd tijdens de fermentatie van hoogzwaartekruiden. Ten tweede scheidt gist proteolytische enzymen af in gistend wort en deze enzymen hebben een negatief effect op de schuimstabiliteit van afgewerkt bier, door polypeptidehydrolyse tijdens fermentatie en opslag. Deze afscheiding van proteïnasen wordt versterkt wanneer stresscondities, zoals hoogzwaartekruid, worden opgelegd aan gistculturen (Figuur 4)6.
biersmaak
een ander nadeel van het brouwen met hoge zwaartekracht is dat het bier na verdunning niet hetzelfde profiel van vluchtige verbindingen vertoont als dat van bier dat wordt geproduceerd met behulp van normale zwaartekrachtskruiden. Na verdunning tot een gelijkwaardige ethanolconcentratie bevat het bier dat wordt geproduceerd uit hoogzwaartekruid vaak verhoogde esters (Tabel 2). Van een aantal factoren is aangetoond dat ze de esterproductie tijdens de wortfermentatie beïnvloeden. Het is bijvoorbeeld bekend dat giststam en-type (ale of pils), temperatuur en druk, pitching rate, wort trub niveaus, opgeloste zuurstof aan het begin van de fermentatie, stikstof, kooldioxide, vetzuren, aminozuurgehalte en bepaalde metaalionen van invloed zijn op het niveau van esters (en andere vluchtige stoffen) geproduceerd tijdens de fermentatie. Bovendien zullen de wortsuikers die worden gefermenteerd invloed hebben op de bier-esterprofielen. Het metabolisme van geproduceerde maltose verlaagt het gehalte aan esters zoals ethylacetaat en isoamylacetaat aanzienlijk dan wanneer glucose werd gefermenteerd. Wort werd geproduceerd in de pilotbrouwerij Heriot-Watt 2hL. Toegevoegde Worten (hoge en lage zwaartekracht) werden bereid waar siropen (met hoge en lagere concentraties maltose) direct aan de ketel werden toegevoegd. De relatieve niveaus van glucose/fructose en maltose/maltotriose in de wort zijn weergegeven in Figuur 5. Er werden dagelijks fermentaties uitgevoerd en monsters verwijderd totdat de testwortels waren verzwakt. Het gehalte aan geproduceerde esters was aanzienlijk lager in het hoogzwaartekruid met verhoogde gehalten aan maltose (Figuur 6 – alleen ethylacetaat)8. Deze resultaten illustreren dat het gebruik van moutosesiropen de Brouwer de flexibiliteit biedt om zijn/haar brouwerij onder productieomstandigheden met een hoge zwaartekracht te exploiteren om bier te produceren met een smaak die overeenkomt met bier dat met een lagere zwaartekracht wordt geproduceerd.
conclusie
het brouwen met hoge zwaartekracht is geen moeilijke brouwtechniek, maar de gist moet met zorg worden behandeld omdat het naar verwachting in een meer stressvolle omgeving zal werken. Hoewel er negatieve effecten zijn (effecten op bepaalde aspecten van de stabiliteit van bier, smaakmatch, gebruik van hop, enz.), zijn de positieve effecten substantiëler (verhoogde brouwcapaciteit, lagere gebruikskosten, meer alcohol per eenheid vergistbaar extract, verbeterde fysieke en smaakstabiliteit).Dankbetuigingen Dankbetuigingen Dankbetuigingen zijn te danken aan het International Centre for Brewing and Distilling, Suntory Limited, Scottish Courage Brewing Limited, Corn Products Corporation en Heineken International voor financiële bijstand ter ondersteuning van verschillende aspecten van het onderzoek dat in dit artikel wordt gerapporteerd. 
- Stewart, G. G. (1999): High gravity brouwen. Brewers ‘ Guardian, 128, 31-37.Murray, C. R., Stewart, G. G. (1991): Experiments with high gravity brewing. Birra Malto, 44, 52-64.Pratt-Marshall, P. C., Brey, S. E., de Costa, S. D., Bryce, J. H., Stewart, G. G. (2002): High gravity brewing – an inductor of yeast stress. Brewers ‘ Guardian, 130, 22-26.Cooper, D. J., Stewart, G. G., Bryce, J. H. (1998): Some reasons why high gravity brewing has a negative effect on head retentie. J. Inst. Brewing, 104, 283-288.Bamforth, C. W. (1985): The foaming properties of beer. J. Inst. Brewing, 91, 370-383.Brey, S. E., Bryce, J. H., Stewart, G. G. (2002): The loss of hydrophobic polypeptides during fermentation and conditioning of high gravity on low gravity brewed beer. J. Inst. Brewing, 108, 424-433.Stewart, G. G., Borthwick, R., Bryce, J. H., Cooper, D., Cunningham, S., Hart, C., Rees, E. (1999): Recent developments in high gravity brewing. Technisch. Liter. Meester Brewers Assoc. van Amerika, 34, 264-270.Younis, O. S., Stewart, G. G. (1999): Effect of malt wort, very-high-gravity malt wort and very-high-gravity adjunct wort on volatile production in Saccharomyces cerevisiae. J. Amer. Soc. van Brewing Chemists, 57, 38-45.