O producentach i konsumentach diacetylu

Postów na temat diacetylu jako cechy sensorycznej młodego piwa było w polskiej blogosferze piwnej co najmniej kilka (w tym parę bardzo dobrych). Jednak niedawna dyskusja na stronie fanów jednego z browarów rzemieślniczych (który, co podkreślałem też w jej trakcie, cenię za jakość trunków) sprowokowała mnie do usystematyzowania wiedzy na temat źródeł diacetylu w piwie fermentowanym różnymi mikroorganizmami.

Szlak metaboliczny powstawania i redukcji diacetylu

Zacznijmy więc od schematu powstawania diacetylu (tak, możecie przewinąć :P). Samego związku, będącego składnikiem słodkich mieszanek zapachowych i podstawowym aromatem dodawanym do wszelkiej maści margaryn „z masłem”, chyba charakteryzować nie trzeba. Dodam tylko, że może powodować uczulenia, znam nawet jedną osobę, u której duże ilości diacetylu powodują problemy z oddychaniem z powodu skurczu oskrzeli. Dla uproszczenia załóżmy, że proces startuje od glukozy, czyli startu fermentacji alkoholowej. Po pierwszych trzech reakcjach enzymatycznych powstaje z niej pirogronian. Ten wchodzi na szlak dalszego wyciągania energii, czyli przejście przez aldehyd octowy do etanolu z wydzieleniem dwutlenku węgla w czasie wytwarzania aldehydu.

Jednak system nie jest idealny (przynajmniej z naszego punktu widzenia, ewolucja poradziła sobie świetnie). Zbyt duże ilości kwasowych produktów pośrednich (acetomleczany) zagrażają nadmiernym zakwaszeniem wnętrza komórki. Drożdże więc wprzęgają część w cykl produkcji aminokwasu waliny, a część wywalają na zewnątrz komórki już od drugiego dnia fermentacji. Jeśli w środowisku jest jeszcze tlen (a zwykle ślady są), to na drodze oksydatywnej dekarboksylacji, acetomleczany tworzą dwuketony, w tym nasz ulubiony diacetyl. Drożdże więc nie produkują diacetylu per se. Za to, kiedy kończy się jedzenie, dochodzą do wniosku że przecież można ten diacetyl ze środowiska pobrać i wyciągnąć z niego jeszcze trochę energii. Robią to przetwarzając diacetyl do acetoiny (nadal pachnie masełkiem, ale nieco mniej) a następnie 2,3-butandiolu (który jest już bezwonny). Acetoina spełnia zresztą dodatkową rolę – wydzielana w niewielkich ilościach do środowiska jest jednym z sygnałów samokontroli liczebności populacji drożdży.

Zwiększanie szans na diacetyl w piwie

Jeśli na etapie redukcji przerwie się pracę „dolniakom”, nie jest tragicznie, ponieważ nawet w leżakowni zachowują minimalną aktywność metaboliczną. Schłodzenie piwa górnej fermentacji przed czasem to właściwie automatyczne skazanie się na porażkę (chyba, że jest rozlewane bez pasteryzacji, wtedy w drodze do lodówki klienta drożdże dokończą pracę). Mając jednak na uwadze wpływ temperatury na szybkość procesów metabolicznych, leżakowanie poniżej 4°C (praktykowane w wielu browarach z powodu korzystnego wpływu na klarowanie piwa) znacząco spowalnia nawet drożdże dolnej fermentacji. Oczywiście istnieje enzymatyczne obejście problemu w postaci reduktazy diacetylu (izolowanej zresztą z drożdży), ale dużo prościej więc zadbać, by drożdże zrobiły swoje.

Kombucha

W roli przerywnika kombucha, czyli herbata fermentowana przez symbiotyczną kolonię bakterii i grzybów (SCOBY). SCOBY zawiera mieszankę drożdży (takze z rodzaju Brettanomyces), drożdżaków i bakterii. Obraz z domeny publicznej.

Pośród czynników zwiększających szanse na diacetyl w piwie fermentowanym czystym szczepem drożdży piwowarskich (o innych mikroorganizmach za chwilę) wymienia się także:

  • spory udział surowców niesłodowanych (ze względu na mniejszą dostępność aminokwasów i małych, jadalnych dwu- i tripeptydów, drożdże nie wytwarzają reduktazy diacetylu w wystarczających ilościach),
  • niewystarczające namnożenie drożdży (wynikające z zaszczepienia piwa zbyt małym inokulatem),
  • zbyt niska temperatura fermentacji (siada ogólne tempo metabolizmu),
  • zbyt mocna flokulacja danego szczepu drożdży (wolna redukcja diacetylu z powodu powolnej dyfuzji w dużej objętości płynu),
  • użycie gęstwy drożdżowej która przefermentowała zbyt wiele warek piwa (zaburzenia metabolizmu wynikające z pojawiania się coraz większej ilości mutantów),
  • zbyt wysokie pH fermentacji (z punktu widzenia samego diacetylu idealnie byłoby fermentować piwo przy pH 4.0 lub niżej, wtedy drożdże produkują 2x mniej diacetylu przy podobnym tempie póżniejszej redukcji).

Inni producenci diacetylu

Tu dochodzimy do sedna wywodu, czyli poruszenia tematu innych mikroorganizmów „produkujących” diacetyl. Pierwszym nasuwającym się na myśl mikrobem są szczepy z rodzaju Pediococcus, u którego większe „przeciekanie” szlaku biosyntezy waliny i licha redukcja diacetylu skutkują wysokim potencjałem „zmaślającym”, nawet przy niewielkim udziale w społeczności fermentującej dane piwo. Jednak nie tylko on tworzy szalone ilości diacetylu.

Do świetnych producentów należą bakterie fermentacji mlekowej, w tym niejednorodne mikrobiologiczne kultury kefirowe oraz jogurtowe. Zgodnie z wynikami tych badań w jogurcie znaleźć można zarówno diacetyl w stężeniu 2x wyższym niż próg wyczuwalności jak i acetoinę w podobnych ilościach. Są one drugim i trzecim produktem ubocznym fermentacji, po aldehydzie octowym najbardziej wpływają na aromatyczne właściwości jogurtu (tak, aromat jogurtu to w sporej mierze diacetyl). Piszę o nich nie bez przypadku, ponieważ nie jest niczym dziwnym stosowanie różnych szczepów z rodzaju Lactobacillus do celowego zakwaszania piwa. Trzeba na nie uważać zwłaszcza przy technologiach sour mash (zakażenie zacieru po częściowym zatarciu lub przed filtracją) lub kettle sour (zakażenie brzeczki na kilkanaście godzin przed gotowaniem). Ponieważ acetomleczany są bardzo niestabilne termicznie, całość prekursorów zostaje zamieniona w diacetyl w czasie gotowania. Należy więc zadbać o idealne warunki pracy drożdży fermentujących potem zakwaszone piwo, żeby zdążyły nadmiar diacetylu zredukować na czas.

Berliner Weisse

Autor: Steven Walling (CC BY-SA 3.0), via Wikimedia Commons

Casus Berliner Weisse

Oczywiście Lactobacillus Lactobacillusowi nierówny (przykładowa publikacja z 1968) i różne szczepy charakteryzują się znacznymi różnicami w produkcji diacetylu (choć wszystkie wymienione w publikacji bez problemu osiągały stężenia 2-7x próg wyczywalności). Za to najlepszym przykładem „z tej drugiej strony” jest z uznawany za homofermentatywny (czyli nie tworzący znaczących ilości produktów ubocznych) szczep Lactobacillus delbrueckii, używany m.in. do produkcji piw w stylu berliner weissePiwa w tym stylu nie słyną z diacetylu, ponieważ bakterie, które je fermentują, zwyczajnie nie produkują prekursorów.

Ponieważ diacetyl poza piwowarstwem jest dość cenny, istnieją badania zarówno zdolności szczepów, jak i zależności produkcji diacetylu przez „lacto” od użytego substratu. Pojawiają się także próby modyfikacji genetycznych szczepów (np. ubijanie produkcji reduktazy). Sama aktywacja szlaku produkcji diacetylu w bakteriach jest znacznie lepiej poznana niż w przypadku drożdży, bo produkcja diacetylu przez „lacto” badana jest od ponad 40 lat (we need to go deeper).

Przerywanie wpisu bez pointy jest jak kończenie fermentacji przed redukcją diacetylu, zupełnie

3 Comments

  1. brett pisze:

    jeden z piwowarów nie czuł diacetylu, a drugi na imprezie branżowej mówił, że diacetyl był, taka prawda

    Polubienie

  2. drachenfes pisze:

    Pierwszy raz shitstorm odnośnie diacetylu w piwach z lactobasiliusem zauważyłem przy Jam session z Artezana, gdzie znani polscy piwowarzy i sensorycy zarzucali sobie wzajemnie różne rzeczy odnośnie aktualności badań i tego czy diacetyl jest czy go nie ma jak również tego że w piwnej sensoryce nie ma czegoś takiego jak „aromat mleczny”. Ale zostawmy to.
    Chemikiem nie jestem, więc być może napiszę teraz jakąś głupotę, ale według mnie kłócenie się o to czy w piwach zakwaszanych lactobasilliusem jest diacetyl czy nie trochę mija się z celem, ponieważ chociaż przypuszczam że będzie on występował w wielu z tych piw, to będzie to raczej tylko jeden ze związków które mogą dać ten „jogurcikowy” aromat (chociażby kwas mlekowy który w wysokim stężeniu śmierdzi koszmarnie w niskim faktycznie kojarzy mi się z mlekiem). A w przecież przy zakwaszaniu lactobasiliusem dosyć logiczne jest że dostaniemy sporo tego kwasu zwłaszcza w piwie do którego poszły owoce (fruktoza). Dochodzi do tego jeszcze wspomniana przez Ciebie Acetoina itd.
    Dlatego według mnie jeśli piwowarzy decydują się na zakwaszanie lactobasiliusem to powinni liczyć się z możliwością pojawienia się tych mlecznych nut (napisałeś o berliner weisse ale w niemieckich berlinerach również czasem to czuć). Po prostu przyjąć to jako dobrodziejstwo inwentarza, tak jak aromaty stajni przy brettach. A na pytanie czy to piwo daje jogurtem przez diacetyl czy przez inne związki odpowiedziałyby tylko badania laboratoryjne, więc stwierdzenia że tam jest czy nie ma diacetylu traktuję jak przepowiadanie pogody na przyszły rok.

    Polubienie

    • Marcin Ostajewski pisze:

      Oczywiście kwasu mlekowego jest najwięcej, nawet przy ostro heterofermentatywnym szczepie bakterii (w końcu zakwaszają po to, żeby konkurencji żyło się ciężej ;)). To, czy w produkcie końcowym będzie diacetyl zależy właściwie mocno od tego, co żywego pozostawimy w piwie przed rozlewem. Jeśli „lakto” szły na koniec, to przy szczepie tworzącym diacetyl szanse na jego pozostanie są dużo większe (większa produkcja, mniejsze tempo redukcji, vide: jogurty). Jeśli zakwaszamy przed fermentacją główną drożdżamu, to drożdże raczej diacetyl zeżrą, jeśli dać im dość czasu.

      Diacetyl w berlinerze to już akurat kwestia kondycji mikroorganizmów, w końcu nawet homofermentatywny szczep nie produkuje 100% kwasu mlekowego, bo to żywy organizm. Najbezpieczniej zakwaszać mlekowym 😛

      Ale fakt, idealnym rozwiązaniem byłoby posiadanie w browarze labu i monitorowanie wszystkich parametrów w trakcie procesu. Tyle że za za cenę sprzętu do takiego labu można kupić na oko 10 nowych fermentorów 70 hl, podłączyć je i zarejestrować w UDT i urzędzie celnym, a potem dokupić jeszcze trochę surowca 😉

      Polubienie

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: