Inhoudsopgave
Koolhydraten
Koolhydraten zijn essentiële voedingsstoffen voor de gist, zonder koolhydraten kan een gistcel niet leven. Koolhydraten worden door de gist omgezet in alcohol en koolzuur. Naast koolhydraten heeft gist ook aminozuren, vetzuren, mineralen en vitaminen nodig. Net als de mens gedijt gist het beste op een gevarieerd menu.
In dit artikel wordt uiteengezet wat koolhydraten zijn, welke koolhydraten voorkomen in het wort . Verder wordt stilgestaan bij een belangrijk koolhydraat dat wel voorkomt in de gistcel maar dat niet in het wort te vinden is.
De opname van koolhydraten door de gist is beschreven in het artikel Opname koolhydraten door de gist.
Wat zijn koolhydraten?
Koolhydraten is de verzamelnaam van een groep stoffen. De groep omvat zetmeel, suikers en vezels (cellulose). Koolhydraten zitten in bijna alles wat je eet, bijvoorbeeld in brood, aardappels, rijst, macaroni, erwten, bonen, melk, fruit, snoep, koekjes, en chips.
Granen en mout zitten vol met zetmeel. Door de werking van enzymen in mout wordt het zetmeel afgebroken tot verschillende kleinere koolhydraten.
Koolhydraten/suikers is chemie
Chemisch gezien hebben alle koolhydraten de formule Cn[H2O]n, waarbij de letter n staat voor een willekeurig geheel getal De naam koolhydraten is afgeleid van die formule: kool (koolstof of C) en hydrate (water of H2O). De meeste suikers die je in de mout, wort en gist kunt vinden bestaan uit deeleenheden met de formule C6[H2O]6. Complexe koolhydraten zijn opgebouwd uit een groot aantal van deze met elkaar verbonden deeleenheden.
Aan de naam kun je zien of een stof een koolhydraat is, omdat de chemici hebben afgesproken dat koolhydraten het achtervoegsel -ose krijgen. Glucose (ook wel druivensuiker, bloedsuiker of dextrose genoemd), lactose (melksuiker), saccharose of sucrose (gewone kristalsuiker), maltose, cellulose en hemicellulose zijn dus allemaal koolhydraten!
Vorming koolhydraten door de natuur
Onder invloed van zonlicht is het bladgroen in planten in staat suikers te vormen uit koolzuurmoleculen (CO₂) en watermoleculen (H₂O). Het nevenproduct dat hierbij vrijkomt, is zuurstof.
De door planten gemaakte koolhydraten dienen als voedingsstof voor allerlei organismen. Maar daarnaast worden koolhydraten ook gebruikt voor de opbouw van structuurmateriaal zoals hemicellulose dat onder andere te vinden is in bliezen van gerst of celwanden van bijvoorbeeld gistcellen.
De bouwsteen glucose
Het belangrijkste koolhydraat is glucose, het wordt soms aangeduid met hexose omdat in deze suiker zes (hex) koolstofatomen zijn opgenomen. Het is een monosacharide, dat wil zeggen dat het uit één suikereenheid bestaat. Als er twee suikereenheden met elkaar verbonden zijn spreken we over een disacharide en bij drie suikereenheden over een trisacharide.
Een glucosemolecuul kan op verschillende manieren met andere glucosemoleculen verbonden zijn. De soort verbindingen die in een glucoseketen voorkomen bepalen het karakter van het koolhydraat.
Wanneer twee glucosemoleculen met elkaar verbonden zijn heb je de suiker maltose.
Commercieel verkrijgt men glucose door zetmeel af te breken met zuren en enzymen. Het verkregen product wordt vaak verkocht onder de naam glucosesiroop.
Lange ketens glucose worden amylose genoemd. Dergelijke moleculen kunnen wel 1000 glucose-eenheden bevatten. Bij amylose is de lange glucoseketen niet geheel recht maar heeft deze de vorm van een spiraal.
Fructose en sucrose
Naast glucose is fructose, een andere monosacharide in het wort. Fructose is ook een hexose (zes koolstofatomen) maar bij deze suiker zijn er vier in plaats van vijf koolstofatomen in de ring opgenomen.
Bij sucrose, ook sacharose genoemd, is een fructosemolecule gebonden aan een glucosemolecule. Deze disacharide komt in het wort in aanzienlijk hogere concentraties voor dan fructose.
Dextrines en zetmeeltest
Suikers die zowel rechte als vertakte bindingen hebben worden traditioneel dextrines genoemd. In de professionele vakliteratuur wordt de term a-glucanen veel voor deze suikers gebruikt, terwijl in de biochemische literatuur vaak de term amylopectine gehanteerd wordt. Dextrines zijn niet vergistbaar door biergist.
Volgens de bekende Amerikaanse professor Meilgaard zijn er 4 verschillende groepen dextrines te onderscheiden. Bij 3 groepen dextrines geeft de jodiumtest geen verkleuring. Anders gezegd de jodiumtinctuur blijft bruin. Bij 1 groep dextrines krijg je een rode verkleuring.
Dextrines met meer dan 25 glucosemoleculen wordt zetmeel genoemd. Met jodium geven deze moleculen een diepblauwe kleur. Bij zetmeel zijn de strengen met aaneengeregen glucosemoleculen zo groot dat sprake is van een spiraal. In die spiraal passen jodiumionen wat zorgt voor de blauwkleuring.
Dextrines dragen bij aan de volmondigheid (body) van een bier, naast middelgrote eiwitten (dat zijn echte bodybuilders) en veel andere stoffen zoals alcohol en mineralen.
Cellulosen en hemicellulosen
Cellulosen
Net als dextrines bestaan cellulosen uit aaneengeschakelde glucosemoleculen. Het gaat hierbij om glucosemoleculen die een iets andere structuur hebben. Voor de chemici onder ons: cellulosen zijn niet opgebouwd uit b-D-glucose maar uit a-D-glucose waarbij de positie van de OH-groep en het waterstofatoom aan het eerste koolstofatoom omgedraaid zijn.
Bij cellulosen zijn de glucosemoleculen onderling verbonden via b -bindingen (1-4 en 1-3) terwijl bij zetmeel sprake is van a -bindingen. Cellulosen worden ook b-glucanen genoemd.
Door het verschil in binding ontstaan er polymeren met wezenlijk andere eigenschappen. Cellulosen zijn smaak- en reukloos, onoplosbaar in water en zowel chemisch als enzymmatig moeilijk afbreekbaar.
Hemicellulosen
Hemicellulosen bestaan uit b-glucanen, pentosanen (suikers met vijf koolstofatomen) en soms uronzuren. Je hebt verschillende soorten hemicellulose waarbij de verhoudingen tussen de volgende componenten anders zijn.
Kaf
Het type ‘kaf’ is in water niet oplosbaar en ondergaat gedurende het kiemen van de gerst en het maischen geen grote veranderingen. Dit type is opgebouwd uit veel pentosanen, weinig b -glucanen en een beetje uronzuren.
Endosperm
Het type ‘endosperm’, dat een laagje vormt rond het meellichaam van de gerst bevat daarentegen veel b -glucanen, weinig pentosanen en geen uronzuren. Wanneer het type ‘endosperm’ uit de mout in het brouwwater oplost wordt de viscositeit van het beslag sterk verhoogd door het vrijkomen van de b -glucanen.
Gomstoffen
Het derde type hemicellulose zijn de gomstoffen, die uit b -glucanen en pentosanen bestaan. Deze grote moleculen zijn goed oplosbaar in water. Wanneer de concentratie aan gomstoffen in oplossing hoog is krijg je geleiachtige massa. Gelukkig voor ons brouwers komt dat in wort zelden of niet voor.
Beta-glucanen en jodiumtest
Waar wij als hobbybrouwers rekening mee moeten houden is dat slecht afgebroken b-glucanen kunnen reageren met jodium waardoor je een jodiumverkleuring kunt krijgen ondanks het feit dat het zetmeel voldoende is afgebroken. Je kunt dit probleem voor een stuk ondervangen door de jodiumtest altijd uit te voeren op wort zonder moutdeeltjes.
Concentraties aan koolhydraten in het wort
Volgens professor Ludwig Narziß in zijn boek Abriß der Bierbrauerei (5e druk, 1986) zijn de concentraties van de verschillende koolhydraten in het wort met een SG van 1048 als volgt:
fructose 1 – 3,5 %
glucose 5 – 8 %
sucrose 3 – 5 %
maltose 43 – 47 %
maltotriose 12 – 18 %
kleine dextrines (tot 9 G) 6 – 12 %
grote dextrines (>9 G) 19 – 24 %
pentosanen 3 – 4 %
gomstoffen 0,2 %
De verhouding tussen de verschillende koolhydraten is sterk afhankelijk is van het gevolgd maischschema en de dikte van het beslag.
De opsomming van de hiervoor genoemde koolhydraten in het wort is niet volledig. Door de afbraak van zetmeel, cellulose en hemicellulose komen nog andere koolhydraten in zeer kleine hoeveelheden in het wort voor. Sommige van deze koolhydraten zijn vergistbaar, andere niet. In het totaal van koolhydraten is de bijdrage van deze suikers aan de vorming van ethanol verwaarloosbaar. Een aantal koolhydraten die ook kunnen voorkomen in het wort zijn: ribose; arabinose; xylose; mannose; galactose; isomaltose; maltotetraose; cellubiose; kojibiose; panose en isopanose.
Vergistingsgraad
Omdat in het wort ook zo’ n 8 – 10 % andere stoffen zitten dan koolhydraten (voornamelijk eiwitten) zou op grond van deze cijfertjes een vergistingsgraad van meer dan 70% niet haalbaar zijn. Er zijn misschien hobbybrouwers die denken hoe kan dat nou, ik haal regelmatig vergistingsgraden van 80% of meer. Het antwoord is heel simpel: wij bepalen altijd de schijnbare vergistingsgraad, dat wel zeggen zonder rekening te houden met het feit dat de gevormde alcohol een veel lager soortelijk gewicht heeft dan water.
Daarnaast zijn er gisten die enzymen uitscheiden die “onvergistbare” suikers kunnen afbreken tijdens de vergisting. En door dryhopping/drooghoppen kunnen uit de hop enzymen vrijkomen die grote complexe suikers kunnen afbreken. Anders gezegd mout heeft niet het alleen recht op zetmeelsplitsende enzymen en ook na het maischen kunnen vergistbare suikers gevormd worden.
Glycogeen, de reserve koolhydraat van de gist
Nadat gist toegevoegd is aan het wort duurt het even voordat deze zich heeft aangepast aan zijn nieuwe omgeving. Gedurende deze periode maakt de gist gebruik van zuurstof, vetzuren uit het wort en de reservekoolhydraten trehalose (een disacharide bestaande uit twee brokstukken van glucose) en glycogeen. Deze reservekoolhydraten leveren de energie benodigd voor de opbouw van de enzymen die specifiek zijn voor de samenstelling van het wort en goed doorlaatbare celmembranen. Van de twee reservekoolhydraten is glycogeen zonder meer het belangrijkste.
Qua structuur lijkt glycogeen op amylopectine (de vertakte zetmeelketens). Het is ook opgebouwd uit met 1-4 bindingen aaneengeregen glucose-eenheden. Het aantal vertakkingen is groter terwijl de vertakkingen korter zijn. Glycogeen kan zeer snel worden afgebroken zodra de gistcel behoefte aan energie heeft. De aanmaak van glycogeen vindt alleen plaats gedurende de anaërobe fase van de vergisting, dat is de vergisting waarbij alcohol gevormd wordt. Tegen het einde van de hoofdgisting is de voorraad aan glycogeen het hoogst. De levenskracht van de gist is dan het grootst. Wanneer de gist geen nieuwe koolhydraten aangeleverd krijgt, zal deze gaan interen op de voorraad aan glycogeen. Naarmate een gist langer bewaard wordt zal deze steeds minder glycogeen bevatten.
Glycogeen en giststarter
Voor ons hobbybrouwers is de afname van glycogeen in de tijd een belangrijk gegeven om te weten. Als we een giststarter maken moeten we die goed in de gaten houden. Een giststarter moet goed actief zijn als we deze toevoegen aan het wort. Wanneer een door ons gemaakte giststarter al duidelijk minder actief wordt voordat ons brouwsel klaar is voor de vergisting doen we er goed aan de giststarter te vergroten. Gebruik hiervoor wort of moutextract dat je gekookt hebt en daarna intensief belucht hebt. Hierdoor krijgen we meer krachtige gistcellen waardoor de vergisting sneller en beter zal verlopen. De verhouding giststarter en het wort dat aangezet moet worden, hoort tussen de 1 : 5 en 1 : 10 te zijn.
Meer over het maken van een giststarter vind je in dit artikel.
Bronnen
- George A. Fix, Principles of Brewing Science
- Wolfgang Kunze, Technology Brewing and Malting
- Prof. Ludwig Narziß, Abriß der Bierbrauerei
- Gregory Noonan, New Brewing Lager Beer
- Michael J. Lewis en Tom W. Young, Brewing
- J.S. Hough en D.E. Briggs, Malting and Brewing Science
- Ellie Cauldwell, Carbohydrates
Forum
Opmerkingen en aanvullingen
Opmerkingen over dit artikel kun je geven via het topic https://www.hobbybrouwen.nl/forum/index.php/topic,46458.html
Zoeken
Via deze link kun je op deze site zoeken naar het onderwerp “suikers in wort”.