Gærceller

Gærceller er encellede eukaryote mikroorganismer. Dette betyder at gærceller er opbygget ligesom dyre- og planteceller. Gærcellers cellevæg består dog også af glucaner og kitiner. Det gør cellevæggen meget tyk og robust, hvilket f.eks. er vigtigt ved ølproduktion, hvor gærcellerne skal modstå affaldsstoffet ethanol.

Gærcellers metabolisme

Gærceller har to former for stofskifte (metabolisme) - respiration med ilt (aerob) og gæring uden ilt (anaerob).

Ved respiration omdannes glukose (sukker), ilt og ADP + P til kuldioxid, vand og energi (ATP). Ved ølbrygning sker respirationen i starten af processen, hvor der stadig er ilt til stede. Respirationen ses som boblen.

Ved gæring omdannes glukose (sukker) og ADP + P til ethanol (alkohol), kuldioxid og energi (ATP). Ved dannes dog kun 2 ATP modsat 30 ATP ved respiration. Gæringen sker senere i ølbrygningsprocessen, når ilten er opbrugt.

Både ved respiration og gæring nedbrydes sukker. Derfor er gærceller chomoorganotrofe, da de oxidere, som vil sige at nedbryde kemiske organiske stoffer (f.eks. sukker).

Gærcellers vækst

Første fase - Nølefasen

I Nølefasen tilpasses gærcellerne til det nye miljø og begynder at dele sig. Det sker ved at temperaturen aktivere gærcellernes enzymer, som så registrerer næringen (sukker) og begynder at dele sig. På et tidspunkt begynder gærcellerne at optage næring, og i takt med at de vokser, begynder gærcellerne at dele sig.

I nølefasen er b = d, altså bliver der “født” (birth) lige så mange gærceller, som der dør (death).

Anden fase - Den eksponentielle vækstfase / Stormgæring

I den eksponentielle vækstfase formere gærcellerne sig ved en konstant hastighed. Ved ølbrygning kaldes denne fase også ‘Stormgæring’, da man oplever en kraftig boblen.

I den eksponentielle fase er b > d, da der “fødes” (birth) flere gærceller end der dør (death)

Tredje fase - Den stationære fase

I den stationære fase aftager gærcellernes vækst i takt med, at næringsstofferne er opbrugt. Fasen kan dog opretholdes ved at fjerne affaldsstofferne (som i dødsfasen vil begynde at dræbe cellerne) og tilsætte næring.

I den stationære fase er b = d, altså bliver der “født” (birth) lige så mange gærceller, som der dør (death).

Fjerde fase - Dødsfasen

I dødsfasen vil ophobningen af affaldsstoffer begynde at dræbe cellerne. Ved ølproduktion er det affaldsstoffet ethanol,som vil dræbe gærceller

I dødsfasen er d > b, da der dør (death) flere gærceller end der “fødes” (birth).

Eksempel på gærcellers metabolisme og vækst

På figuren ses gærcellers fire vækstfaser og en graf for antallet af levende gærceller. I sammenhæng med dette har jeg ovenover parallelt givet eksempler for, hvor mange bobler, man cirka vil kunne forvente i de forskellige faser. Øverst ses det, at gærcellerne respirerer først og senere gærer.

Enzymer

Enzymer - Mæskning

Malten er bygkerner der er spirede. I den proces er der blevet dannet enzymer.

Der er tale om flere forskellige enzymer. De har alle hvert deres temperaturoptimum.

Disse enzymer omdanner maltens stivelse til sukker. Dette sker under mæskningen.
Enzymerne omdanner langkædede uopløselige stoffer til kortkædede opløselige stoffer.

Udover dannelsen af sukker opløses fedtstoffer, aminosyrer, vitaminer og mineraler.

Gæren der tilsættes senere bruger maltsukkeret som næring.

Mæskningen startes med at malten knuses og tilsættes vand derved trænger enzymer og stivelse ud i vandet og opløses i vandet.

Under mæskningen nedbryder enzymerne stivelsen der er opbygget af lange kæder af glucose ved at klippe glucosekæderne i mindre stykker.

Enzymerne omdanner stivelsen, ved at klippe stivelsen i stykker, til maltsukker.

Ølbrygning uden malt - Novozyme

Novozyme har fundet et enzym der gør at man kan brygge øl uden malt.
Der er normalt et tab på ca. 20 % ved maltningen - dette kan undgås hvis man undgår at bruge malt i ølbrygningen og dermed kan det give en bedre udnyttelse af byggen og dermed et behov for mindre landarealer til dyrkningen.

Derudover kan der ved at udelade malt fra ølbrygningen spares energi.

Nogen bryggerier har forsøgt sig med enzymet og har udeladt malten i ølproduktionen.

Heriblandt er Harboe bryggeri - der har lavet øllen Clim8 og sælger den med fokus på at der i produktionen af den er sparet CO2.
De har mødt noget modstand fordi udeladelsen af malt bryder imod de traditioner der hører til ølbrygning.
Dog kan det ifølge Novozyme ikke smages forskel på om der bruges malt i ølbrygningen eller

om deres enzym bruges.

“Ved produktionen af Clim8 Beer spares der over 8% Co2, så nyd den afkølet med rigtig god samvittighed – og skænk en tanke til miljøet.”

Danske bryggeriers historie

I Danmark har vi en lang tradition for ølbrygning og de tidligste spor af øl er fundet sammen med egtvedpigen som blev lagt i jorden i 1370 f. kr. Ølbrygning er et af de tidligste eksempler på anvendt bioteknologi - selvom man dengang ikke var klar over at det var mikroorganismer der var involveret i processen. Danmarks ældste bryggeri er Kongens Bryghus som allerede er omtalt i 1443. På den tid drak man ikke kun øl fordi det smagte godt men også af hygiejniske grunde. Vandet i brøndene, især i byen, var ikke synderligt rent så derfor kunne det oftest betale sig at drikke øl i stedet. Under brygprocessen bliver øllet kogt og dermed bliver eventuelt farlige mikroorganismer dræbt (dette kaldes også pasteurisering hvis man vil have de rigtige “bio-termer” på). Carlsberg blev grundlagt d. 10 November 1847 af J.C. Jakobsen og har vokset lige siden indtil det i dag er verdens fjerdestørste bryggerigruppe. I 1875 blev Carlsberg Laboratoriet oprettet og som havde til formål at finde ud af hvad der egentlig sker i brygprocessen. Laboratoriet fandt ud af mange vigtige ting:

- I 1883 formåede Emil Chr. Hansen at isolere en enkelt gærstamme så ølgæringen blev mere stabil og ens hver gang. Gærarten kom til at hedde Saccharomyces Carlsbergensis.

- I 1909 fandt kemikeren S.P.L. Sørensen på pH-begrebet så det var nemmere at kontrollere surhedsgraden i ølbrygningen så produktionen blev mere stabil.

- I 1935 klarlagde Øjvind Winge, professor ved Carlsbergs Laboratoriums fysiologiske afdeling, livscyklus og generationsskifte hos gær. Det gav en bedre forståelse for gærets genetik og dets anvendelse.

Sidenhen er der kommet rigtig mange bryggerier i Danmark fx Ceres (1856) og Tuborg (1873). I den seneste tid er det blevet rigtigt populært med små såkaldte mikrobryggerier. Folk er endda begyndt at lave øl derhjemme som slags hobby lidt på samme måde som vi har gjort det i klassen. Man kan finde lige hvad man har brug for til ølbrygningen på nettet og ligeledes opskrifter på mange forskellige slags øl.

Kortet viser de ca. 125 bryggerier der er i DK (http://www.ale.dk/index.php?id=89).

Gundestrup mejeri- og bryghus

Grundstrup bryghus skiller sig ud fra andre bryghuse da der sammen med det er placeret et mejeri. De har ved Grundstrup bryghus fundet ud af at de kan brygge øl på valle - der er et biprodukt fra produktionen af ost.
Valle har, i form af laktose, et højt sukkerindhold. De har fundet en gærtype der kan nedbryde laktosen til alkohol.
Det krævede er par forsøg, men nu har de styr på det.

Ølbrygningsprocessen

Maltning og mæskning:

Første trin i ølbrygningen er maltning. Kornets cellevægge nedbrydes og stivelsen frigives. Kornmalten lufttørres, så den får sin farve og aroma. Maltenformales i maltmøllen og kommer over i mæskkedlen hvor mæskningen foregår. Under mæskningen omdannes enzymerne fra malten, som blev dannet, da bygkernerne spirede, maltens stivelse til maltsukker. Maltsukkeret er vigtigt for den senere gæring. Den formalede malt tilsættes varmt vand, og under denne proces trænger enzymer og stivelse ud og opløses i vandet. Mæskningen er nu sat i gang og skal foregå i nogle timer ved ca. 65C.

Efter mæskningen skal mæsken, som man får via mæskningen, sies. Man har derfor den flydende del, urten, som skal bruges videre, og man har masken, som er den faste del, som skal sies fra. Masken bliver ofte brugt tilkreaturfoder. Urten bliver derefter sendt over i urtekedlen.

Urtkogning:

I urtekedlen foregår urtkogningen. Inden kogningen er humlen tilsat, som giver øllen sin bitre smag og aroma. Afhængig af ønsket for øllens smag og aroma, vælges en bestemt humlesort. Urtkogningen varer ca. en time, og herunder afgiver humlen bitterstoffer. Nogle af humle-olierne, som giver aroma vil samtidig forsvinde, og derfor kan man tilsætte aromahumle til sidst i kogningen for at give ekstra aroma. Under kogningen udfældes proteiner og bitterstoffer (trub), og dette frastorteres i en beholder kaldet whirlpool. Efter dette, skal urten køles ned, da gærcellerne vil dø ved så høje temperaturer. Gæringen skal foregå mellem 7 og 25C afhængig af øltypen. Urten tilsættes derefter gæringstanken.

Gæringsprocessen:

C6H12O6 --> 2C2H5OH + 2CO2

Under ølgæringen omdannes sukker til alkohol og kulsyre. Gæren bruger maltsukkeret fra tidligere som næring. Der kan bruges overgær, som stiger til vejrs under gæringen, eller undergær, som synker til bunds. Overgær giver mest til aromaen og foregår under højere temperaturer end undergæren. Gæringen kan vare fra 3 til 30 dage.

Under gæringen skal man følge med i, hvor aktivt gæren arbejder, bl.a. ved at tjekke hvor meget maltsukker, der er omdannet til alkohol. Denne procentdel kan variere fra ca. 55% til ca. 80%.

Efter gæringen sorteres gæren fra, og den kan genbruges op til 10 gange, eller den kan sælges til svinefoder eller proteinproduktion.

Lagring:
Efter gæring og frasorteringen af gær, skal øllen lagres, og dette kan tage fra et par dage og op til flere måneder alt efter øltypen. Dette foregår ved 0-2*C, da der ved så lave temperaturer vil udfældes stoffer, som gør øllet uklart. Efter lagringen filtreres øllet, så øllet bliver klart. Inden øllet tappes, bliver kulsyreindholdet justeret, så man når det ønskede kulsyreindhold.

Vores ølbrygning

I vores forsøg sørgede vi får alt var sterrelliseret inden vi gik i gang med noget som helst.

Malten og 1l vand blandes og varmes op til 65-68 grader. Her skal det simre i 30 min.

Man koger humle i. Det sker i intervaller. Først 10g i en time så 40g i en halv time og 50g i 55 min. humle

Så skal humlen sis fra og væsken skal køle ned og hældes på gæringsbeholder. Her tilsættes klarurten. For at hjælpe til i nøle fasen, altså hjælpe til med at finde enzymerne på plads og få gærceller til at vokse, skal man ’plaske’ klarurten i, så der tilsættes ilt.

Efter nogle dage har vi fyldt øl-væsken over på en ny gærings dunk og tilsat noget gær.

Gæringsprocessen:

d. 13 satte vi det på beholder til gæring.

d. 14 var der 29 bobler

d. 15 var der 7 bobler

d. 17 var der 1 boble. Muligevis en undergæring, da en undergæring tager 2-3 uger men vi ved det ikke. Finder vi ud af.

Har også målt lidt densitets halløj.

Forskellen på vores og bryggeriernes ølbrygning er, at vi har brugt et kit vi har fx ikke selv udviklet malt.

Måske er det en undergæring vi har med at gøre, da vores øl skal stå og gære i 2-3 uger. En overgæring står kun i omkring 1 uge. bum bum. I næste uge kan vores forsøg kaste lys over dette mysterium. juhu.