Zetmeel is het meest voorkomende koolhydraat aanwezig in gerst (63-65 %). Naast zetmeel zijn er ook niet-zetmeelpolysachariden aanwezig in gerst: cellulose (5 %) en hemicellulose en gommen (samen 10-12 %). Ongekiemde gerst bevat ook kleine hoeveelheden aan oligo- en monosacchariden zoals sucrose, raffinose, maltose, glucose, fructose,… (samen 2-3 %). (3)
Zetmeel komt voor in twee verschillende structuren: amylose en amylopectine. Zetmeelkorrels bestaan uit een amylose kern (20-25 %) en een amylopectine-omhulsel (75-80 %). (3)
Amylose bestaat uit lange onvertakte, spiraalvormig gewonden ketens van 200 tot 2000 glucose-eenheden die via α-1,4-bindingen met elkaar verbonden zijn. In figuur 2.2 wordt de structuurformule van amylose weergegeven. (3)
Amylopectine is een vertakte molecule, deze bevat naast α-1,4-bindingen ook soms α-1,6-bindingen (om de 15-25 glucose-eenheden). In figuur 2.3 wordt de structuurformule van amylopectine weergegeven. (3)
Cellulose is een lineair polymeer van glucose-eenheden die via β-1,4-bindingen met elkaar verbonden zijn. Het aantal glucose-eenheden varieert van 8000 tot 12000. Door de aanwezigheid van waterstofbruggen tussen de parallelle niet-vertakte polymeren ontstaat een stevige structuur die nog extra versterkt kan worden wanneer lignine aanwezig is. In figuur 2.4 wordt de structuurformule van cellulose weergegeven. (2) (5)
De chemische samenstelling van hemicellulose en gomstoffen is gelijkaardig, beiden bevatten β-glucanen (opgebouwd uit glucose-eenheden die door β-1,4- en β-1,3-bindingen met elkaar verbonden zijn) en arabinoxylanen of pentosanen (D-xylose-eenheden die via β-1,4-bindingen verbonden zijn met elkaar en waarop L-arabinose soms op gesubstitueerd is). Gommen hebben een kleiner moleculairgewicht en zijn dus wateroplosbaar, hemicellulose is niet wateroplosbaar. In figuur 2.5 en figuur 2.6 worden respectievelijk de structuurformules van
β-glucaan en arabinoxylaan weergegeven. (1) (3) (6)
Gerst bestaat voor 8,5-13 % (op d.s.) uit proteïnen afhankelijk van de variëteit, bodemsamenstelling, de toegepaste bemesting, de klimatologische omstandigheden en de vegetatieduur. (2) (3)
Voor brouwgerst is echter wel een proteïne gehalte van tussen 9-11,5 % (op d.s.) gewenst. Dit omdat hoge proteïnegehaltes ervoor zullen zorgen dat de zetmeelgehaltes lager liggen, wat minder extract zal opleveren (ongewenst). (3)
Bij de bereiding van pilsmout zal gebruik gemaakt worden van gerst met een maximaal proteïne gehalte van 11 % (op d.s.). Terwijl voor de productie van donkere mouten echter wel proteïnerijke gerst wordt aangewend. Dit omdat proteïnen en afbraakproducten van proteïnen later tijdens de Maillardreactie zullen zorgen voor de vorming van kleur en flavour componenten. (3)
De proteïnen in gerst kunnen op twee manieren worden onverdeeld: volgens de plaats van voorkomen in de gerst en volgens de oplosbaarheid (Osborne). (3)
Volgens de plaats van voorkomen worden de proteïnen onderverdeeld in gluten of aleuron proteïnen, histologische proteïnen en reserve proteïnen. Waar deze proteïnen voorkomen werd reeds besproken bij de structuur van de gerstkorrel. Hierbij zorgen vooral de reserve proteïnen voor de wateroplosbare stikstofcomponenten (proteïnen, (poly)peptiden en aminozuren) die gevormd worden tijdens het mouten en ook brouwen. (3)
Volgens de oplosbaarheid worden de proteïnen onderverdeeld in een albuminefractie (wateroplosbaar), een globulinefractie (zoutoplosbaar), een prolamine- of hordeïnefractie (oplosbaar in ethanol) en een glutelinefractie (oplosbaar in zuren en basen). (3)
In onderstaande tabel 2.2 wordt het aminozuurprofiel weergegeven van een bepaalde gerstvariëteit. De meest voorkomende aminozuren in gerst zijn glutaminezuur, proline, leucine, asparaginezuur en fenylalanine. (7)
Lipiden komen in gerst voor tussen 2-3,5 % (op d.s.) en bevinden zich in het kaf, de embryo en vooral in de aleuronlaag. (3)
Het grootste deel van de lipiden aanwezig in gerst zijn neutrale lipiden (koolwaterstoffen, tocoferolen, glyceriden, carotenoïden, sterolen,…) en deze komen 65-78 % voor op het totale lipidengehalte. Neutrale lipiden komen in hoofdzaak voor in de aleuronlaag (ca. 2/3) en in mindere mate in de kiem (ca. 1/3). (3)
Een kleiner deel daarentegen zijn de polaire lipiden (glycolipiden, fosfolipiden en hydroxyvetzuren) en deze komen 22-39 % voor op het totale lipidengehalte. (3)
De belangrijkste vetzuren aanwezig in gerst zijn palmitinezuur (16:0) (18-27 % op totale hoeveelheid vetzuren), oliezuur (18:1;9) (9-21 %), linolzuur (18:2;9,12) (50-59 %) en linoleenzuur (18:3;9,12,15) (4-7 %). (3)
Wanneer de gerst net geoogst is, kan deze niet onmiddellijk vermout worden. Dit omdat de gerst verontreinigd is met stof wat het weekwater te snel zou vervuilen. Ook kunnen er stukjes ijzer, stro of stenen aanwezig zijn in de gerst die doorheen het transport voor schade zouden kunnen zorgen. Ook werken verontreinigingen microbiële groei in de hand. Ijzerdeeltjes worden verwijderd met een magnetische ontijzeraar, stof wordt verwijderd door lucht door de gerst te blazen en er worden zeven gebruikt om grove en kleine verontreinigen te verwijderen. (2)
1.1.1 Gerstbewaring
Gerstbewaring is noodzakelijk omdat de korrels nadat ze geoogst zijn een te lage kiemingsenergie hebben door aanwezigheid van de dormancy. De dormancy bestaat uit twee fenomenen: de fundamentele kiemrust en de watergevoeligheid. Na 6 tot 8 weken bewaring is de dormancy overbrugd en zal de kiemingsenergie veel hoger liggen (> 98 %) waardoor de gerst verder verwerkt kan worden. Tijdens de bewaring blijft de korrel leven, het is dus belangrijk dat de gerstkorrels voldoende voorzien worden van zuurstof. Ook de temperatuur en het vochtgehalte moeten tijdens de bewaring binnen bepaalde grenzen gehouden worden om verlies van materiaal door ademhaling zoveel mogelijk te onderdrukken en schimmel- en bacteriëngroei tegen te gaan. Verlies aan materiaal door ademhaling zal leiden tot grote extractverliezen en ongewenste schimmel- en bacteriëngroei kunnen de smaak van het latere bier sterk beïnvloeden. Gerst is in principe oneindig lang houdbaar bij een temperatuur tussen 9 en 12 °C en een vochtgehalte tussen 12 en 15 % vocht. (2)
1.1.2 Hoofdreiniging
Tijdens de hoofdreiniging wordt de gerst getrieerd op lengte, dit om vreemde granen, gebroken korrels en onkruidzaden te verwijderen. Ook wordt de gerst gesorteerd op dikte, hierbij is het liefst minstens 90 % van de korrels dikker dan 2,5 mm. Het triëren en sorteren zal ervoor zorgen dat de gerst homogeen is, wat zal leiden tot een homogene wateropname en kieming. (2)
1.1.3 Weken
Gerst zal pas beginnen te kiemen wanneer het vochtgehalte voldoende hoog is. Voor pilsmout wordt de gerst geweekt tot een vochtgehalte van 42-44 % vocht. Tijdens het weekproces wordt de gerst bepaalde periodes onder water gezet. Het weekwater zal enerzijds zorgen voor het verwijderen van lichtere korrels (zwemgerst) als ook het verwijderen van resterend stof en het uitlogen van ongewenste oplosbare stoffen uit het kaf. Door dat het vochtgehalte van de gerst stijgt, verhoogt de ademhaling. Hierdoor worden waterweekperiodes afgewisseld met droogweekperioden. Tijdens de droogweekperioden wordt de gerst voldoende belucht en CO2 die gevormd is door de ademhaling afgezogen. Het totale weekproces duurt ongeveer één tot twee dagen. Op het einde van het weekproces begint de gerst te ‘punten’ (de wortelkiem wordt zichtbaar), er ontstaat chitmout, de kieming is begonnen. (2)
1.1.4 Kiemen
Het kiemen van de gerst duurt ongeveer 5-6 dagen. Tijdens de kieming gebeurt de meeste enzymproductie en enzymactivatie van enzymen die de celwanden, proteïnen en zetmeel afbreken. De kieming gebeurt meestal in een kiemkast, hier wordt de uitgeweekte gerst in een redelijk dikke laag op een geperforeerde kiemvloer verspreid. In de kiemkast kan de temperatuur, het vochtgehalte en de beluchting makkelijk geregeld worden door onderaan, door de kiemvloer en door het kiemgoed, geconditioneerde kiemlucht te ventileren en het kiemgoed regelmatig te keren (zodat de wortelkiemen niet in elkaar groeien en voor het bekomen van een homogene kieming). Tijdens de kieming zullen β-glucanasen en proteasen, die gevormd zijn in de kiem en de aleuronlaag, migreren richting het endosperm om daar respectievelijk de celwanden en de proteïnematrix af te breken. Vanaf dan is het zetmeel in het endosperm beschikbaar voor amylasen. Wanneer de bladkiem ongeveer 2/3 van de korrellengte is, wordt de kieming gestopt. Het bekomen product is dan groenmout en deze wordt gekenmerkt door een hoog enzym- en vochtgehalte. (2) (3) (8)
1.1.5 Eesten
Tijdens het eesten wordt het vochtgehalte van het groenmout doormiddel van warme lucht teruggebracht tot minder dan 5 % vocht. Hierdoor wordt de kieming en de enzymontwikkeling die ermee gepaard gaat stopgezet en wordt op die manier het mout bewaarbaar. De enzymen die gevormd zijn tijdens de kieming moeten wel na het eesten zoveel mogelijk behouden blijven, zeker voor pilsmout. Echter zijn enzymen thermolabiel in vochtig milieu en daarom zal er geëest worden in twee fasen: een droogfase en een afstookfase. In de droogfase wordt het vochtgehalte terug gebracht tot 10 % vocht door warme lucht bij een relatief lage temperatuur (40-45 °C) door de geperforeerde eestvloer te blazen. Door de relatief lage temperatuur worden de enzymen tijdens de droogfase praktisch niet vernietigd. In de daarop volgende afstookfase wordt vochtgehalte verder verlaagd tot 5 % vocht, dit doormiddel van warme lucht bij 80-85 °C. Dit leidt tot de vorming van kleur en flavour, ook zullen er vluchtige componenten zoals dimethylsulfide (DMS) gevormd worden. Na de afstookfase wordt het mout gekoeld en kunnen de wortelkiemen verwijderd worden. Het bekomen mout kan nu langdurig bewaard worden. (2) (8)
1.2 Productie van speciaal mouten
Afhankelijk van het productieproces worden speciaal mouten onderverdeeld in drie categorieën: kleurmouten, karamelmouten en geroosterde mouten. In figuur 2.7 wordt een schematische voorstelling van het productieproces van de drie categorieën van speciaal mouten weergegeven. (9) (10)
Kleurmouten zijn mouten die geproduceerd zijn op eest waarbij de temperatuur hoger ligt dan die bij pilsmouten. De bekendste voorbeelden van kleurmouten zijn Vienna en Munich mout. De kleur die kan verkregen worden met kleurmouten ligt tussen de 6 en 80 EBC en kleurmouten geven een moutig, licht geroosterd en brood flavour. Om kleurmouten te produceren wordt gebruik gemaakt van gerst met een hoger proteïnegehalte dan deze voor pilsmouten. Verder wordt bij de kieming voor een hogere kiemingstemperatuur gekozen. Bij kleurmouten wordt ook een extra stap toegevoegd: een verwelkingsstap of initiële droging met luchtrecirculatie. Dit is gunstig voor de productie van reducerende suikers en aminozuren. De uiteindelijke kleur en flavour van het kleurmout hangt af van het gekozen
tijd-temperatuur-schema tijdens het eestproces. Voor kleurmouten worden temperaturen tot 110 °C bereikt. Kleurmouten zijn kenmerkend door hun goede modificatie en enzymhoeveelheid, al licht deze laatste wel lager dan bij pilsmouten. (1) (3) (8) (11)
1.2.1 Productie van karamelmouten
Karamelmouten worden niet geproduceerd op een eest, maar in een moutrooster. In figuur 2.8 wordt een voorbeeld van hoe er een moutrooster uitziet weergegeven. Het gebruik van karamelmout zal zorgen voor de volmondigheid en een verbetering van het schuim, de schuimstabiliteit, de colloïdale stabiliteit en de smaakstabiliteit van het bier. Karamelmouten bestaan in verschillende kleuren van 3 tot 500 EBC. De productie van karamelmout start bij groenmout dat zeer goed gemodificeerd is en een vochtgehalte heeft van 45-50 % vocht. Om ervoor te zorgen dat het groenmout zeer goed gemodificeerd is, wordt de temperatuur de laatste 30-36 uur van de kieming verhoogd tot 50 °C. Op deze manier wordt de gerstkorrel sterker enzymatisch afgebroken en zullen er relatief gezien grote hoeveelheden aan laag moleculaire stikstofcomponenten en suikers aanwezig zijn in de korrel (precursoren voor Maillardreactie). De productie van karamelmout gebeurt in twee stappen: de versuikering en de karamelisatie. Het gevormde groenmout wordt versuikerd in een moutrooster bij een temperatuur van tussen 60 en 80 °C voor 1-1,5 uur. Bij deze temperaturen zullen de amylasen aanwezig in de korrel een groot deel van het aanwezige zetmeel afbreken, ook zullen de aanwezige proteasen proteïnen afbreken. Dit leidt tot de afbraak van het binnenste gedeelte van de korrel, het endosperm lost op en de versuikering neemt plaats. De enigste mouten waarbij zetmeel wordt afgebroken buiten de maischketel zijn karamelmouten. Wanneer de korrelinhoud opgelost is, start het karamelisatieproces. Tijdens de karamelisatiefase worden de korrels gedroogd en hierdoor kunnen de gevormde reducerende suikers en aminozuren met elkaar reageren tot vorming van reductonen, kleur- en flavourcomponenten. Voor karamelmouten met een lichte kleur wordt een temperatuur gebruikt tussen 55-60 °C tijdens de karamelisatiefase. Karamelmouten met een donkere kleur worden echter tijdens de karamelisatiefase verhit tot 150-180 °C (meer reductonen, kleur- en flavourcomponenten gevormd) . Het karamelmout is klaar wanneer de gewenste kleur bereikt is. Dan wordt het mout verwijderd uit het moutrooster om als laatste stap het mout snel en homogeen te koelen. (1) (3) (8) (11) (12)
Net zoals karamelmouten worden geroosterde mouten ook geproduceerd in een moutrooster. Geroosterde mouten hebben een kleur tussen 70-1400 EBC. De grondstof van geroosterd mout is pilsmout. Het vochtgehalte van het pilsmout wordt verhoogd tot 10-15 % vocht in de moutrooster doormiddel van het verstuiven van water. Hierna wordt de moutrooster verhit voor het eigenlijke
