DE1302694B

DE1302694B -

Info

Publication number: DE1302694B
Application number: DE19651302694D
Authority: DE
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1965-09-30
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1119802A; US3418135A; ES317877A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Malzgetränken, wie Bier, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Malzgetränkes, das gegenüber Licht unempfindlich ist. fm besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung von Humulonen (antibiotische Hopfeninhaltstoffe), um diese bei Vorhandensein in einem fermentierten Malzgetränk gegenüber photochemischer Einwirkung unempfindlich oder reaktionslos zu machen.

Malzgetränke, wie Bier und Ale, sind gegenüber Licht nicht stabil. Bei Aussetzung an Licht entwickelt das Bier einen Geruch und Geschmack, der mit »verdorben« oder übelriechend bezeichnet wird. Zur Verhinderung, daß das Bier einen »Stich« oder üblen Geruch bekommt, wird es im allgemeinen in gefärbte Flaschen abgefüllt, die ein Belichten mit Sonnenlicht auf ein Minimum herabsetzen. Auch wenn das Bier in gefärbte Flaschen oder in Dosen oder Fässer abgefüllt ist, kann es dennoch den »stichigen« oder verdorbenen Geruch auf Grund der kurzen Belichtung mit Sonnenlicht in Trinkgläsern entwickeln.

Die Anwesenheit von Isohumulonen ist für die Entwicklung des »stichigen« oder verdorbenen Geruchs des Bieres verantwortlich. Der Hopfen, der mit der Würze gekocht wird, enthält Harze und öle, die in dem Lupulin enthalten sind. Die Harze umfassen die a- und /(-Harze, wobei die α-Harze eine Bittersäure, die mit Humulon bezeichnet wird, und die /5-Harze eine als Lupulin bezeichnete Säure enthalten. Die α-Säuren ergeben den bitteren Geschmack für das Bier, während die Α-Säuren in der Würze wenig löslich sind und nicht merklich in das Brauverfahren eingehen.

Während des Brauverfahrens wird die Humulonfraktion zu den entsprechenden Isohumulonen isomerisiert. Für die Isohumulone wird folgende Formel angenommen:

C₆H₉-HO

II

- C — C₄H₉
OH

C = O

CH₂

CH

CH_a

Die »stichig«- oder übelriechende Substanz im Bier wurde als ein Mercaptan, 3-Methyl-2-buten-1-thiol, identifiziert, das durch die Photolyse der langen Seitenkette am Isohumulonmolekül gebildet wird. Das durch die Einwirkung von Sonnenlicht gebildete Radikal spaltet Kohlenmonoxyd ab, wobei der 3-Methyl-2-butenyl-Rest gebildet wird. Dieses Produkt setzt sich wiederum mit Schwefelwasserstoff um, der durch die photochemische Reaktion aus Proteinen oder Aminosäuren gebildet wird, wobei 3-Methyl-2-buten-l-thiol entsteht. Dieses Mercaptan wird als Hauptkomponente des den verdorbenen Geruch erzeugenden Stoffes in Malzgetränken angesehen.

Auf Grund der vorstehenden Formel ist die Empfindlichkeit des Isohumulonmoleküls gegen Lichteinwirkung verständlich; es sind Reduktionen, Umlagerungen, aromatisierende Dehydratisierungen u. dgl. ohne weiteres zu erwarten. Man hat bereits versucht, zur Verhinderung des üblen Geruchs eine Carbonylgruppe der Isohumulone zu einer sekundären Alkoholgruppe zu reduzieren. In dieser reduzierten Form ist das Molekül gegenüber der Einwirkung

ίο von Sonnenlicht unempfindlich, und es findet keine Geruchsbildung bei der Einwirkung von Sonnenlicht statt. Es versteht sich, daß zu dieser Reduktion bei dem komplizierten und empfindlichen Aufbau des Moleküls nur bestimmte Reduktionsmittel geeignet sind. Gemäß der österreichischen Patentschrift 215 930 wird diese Reduktion mit Borhydriden, wie Natriumborhydrid oder Kaliumborhydrid, durchgeführt. Diese Umsetzung ist jedoch schwierig zu regeln, und außerdem muß eine ziemlich lange Berührungsdauer zwischen den Borhydriden und der Isohumulonlösung angewandt werden, um eine vollständige Reduktion zu erzielen. Außerdem ist zur Abtrennung der reduzierten Isohumulone von dem borsäurehaltigen Material ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich. Darüber hinaus sind die Borhydride ziemlich teuer, so daß deshalb die Gesamtkosten des Verfahrens bei der Bierherstellung wesentlich erhöht werden. Nach der USA.-Patentschrift 3 079 262 erfolgt eine Reduktion der Humulone patalytisch mit Wasserstoff.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von gegenüber Licht unempfindlichen Malzgetränken, wie Bier oder Ale, durch Behandlung der darin enthaltenen Humulone in einfacherer und wirtschaftlich vorteilhafter Weise, so daß der chrarakteristische »stichige« oder üble Geruch beim Aussetzen an Sonnenlicht nicht entwickelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von lichtunempfindlichen Malzgetränken durch reduktive Behandlung der in fermentiertem Malzgetränk enthaltenen Humulone, wobei die Humulone durch Erhitzen mit Alkalien in Isohumulone übergeführt und diese anschließend chemisch reduziert werden und die reduzierten Isohumulone aus der Reaktionsmischung abgetrennt und zu den Malzgetränken zugesetzt werden, besteht darin, daß nach der Isomerisierung die aus der wäßrigen Phase bei einem pH-Wert unterhalb von 3 mit einem organischen Lösungsmittel extrahierten Isohumulone mit einer wäßrigen Alkalidithionitlösung in Berührung gebracht werden und anschließend die reduzierten Isohumu-Ione aus der organischen Phase gewonnen werden.
Alkalidithionite sind bekannte Reduktionsmittel, die z. B. beim Bleichen von Zucker, Sirup, Zuckersäften u. dgl. verwendet werden. Eine Eignung zur Reduktion von Isohumulonen, wenn sie lediglich als wäßrige Lösung mit einer Lösung der Isohumulone in einem organischen Lösungsmittel geschüttelt werden, ließ sich jedoch nicht erwarten. Man hat dabei noch besonders die komplizierte stereochemische Struktur der Isohumulonmoleküle zu berücksichtigen, die wegen des Vorliegens einer konjugierten Doppelbindung und der Anwesenheit der beiden tertiären Hydroxylgruppen sehr vielen Nebenreaktionen zugänglich sind und die andererseits die Reduktion mit dem relativ großen Dithionitmolekül sterisch behindern kann.

Nachfolgend wird das Verfahren unter eingehender Abhandlung der Einzelstufen, ausgehend vom Ausgangsmaterial, näher erläutert:

Zunächst wird gemahlener Hopfen mit Lösungsmitteln, wie Diäthyläther, Petroläther, Methylenchlorid, Chloroform, Hexan od. dgl., extrahiert. Die Temperatur der Extraktion ist nicht kritisch, und die Extraktion wird im allgemeinen bei Raumtemperatur ausgeführt. Die Extraktionsdauer beträgt zumeist etwa 2 Stunden, wobei die genaue Zeitdauer von dem Lösungsmittelvolumen und der Menge und Art des verwendeten Hopfens abhängt.

Der Lösungsmittelextrakt enthält sowohl Humulon als auch Lupulon neben Hopfenwachs und Chlorophyll, die ebenfalls in beachtlichen Mengen vorhanden sind und ist im wesentlichen frei von Proteinen und Gerbstoffen oder Tanninen. Die Masse wird dann filtriert und der Kuchen mit weiteren Mengen Lösungsmittel gewaschen. Die Lösungsmittelextrakte werden vereinigt und unter Vakuum zur Trockene verdampft, wobei ein dunkles harzartiges öl zurückbleibt.

Das die Humulone enthaltende harzartige öl wird durch Kochen des Öls mit einer verdünnten alkalischen Lösung isomerisiert. Die alkalische Lösung kann aus einer wäßrigen Lösung eines Alkalicarbonate, wie Natrium- oder Kaliumcarbonat, oder eines Alkalihydroxyds, wie Natrium- oder Kaliumhydroxyd, bestehen. Im allgemeinen führt eine Kochdauer von etwa einer halben Stunde zu einer vollständigen Isomerisierung der Humulone. Während des Kochens werden die essentiellen Hopfenöle durch Verwendung einer ölfalle gewonnen. Dadurch wird die Gewinnung der Hopfenöle aus dem Extrakt, bevor die öle durch Oxydation beeinflußt werden, ermöglicht. Dieses Hopfenöl kann zu dem Bier mit dem das reduzierte Isohumulon enthaltenden Extrakt zurückgeführt werden, um in dem Bier oder Ale ausgeprägter den Hopfencharakter zu erzeugen.

Die Reaktionsmischung, die im allgemeinen einen pH-Wert von etwa 10,5 aufweist, wird dann in Eis gekühlt, und die gekühlte Mischung wird dann auf einen pH-Wert von 6,0 bis 7,0 durch Zugabe einer Mineralsäure, wie Salzsäure, Schwefelsäure od. dgl., eingestellt. Nach der Neutralisation wird die Mischung erneut mit einem Lösungsmittel, wie Petroläther, Hexan oder irgendeinem der anderen vorstehend genannten Lösungsmittel extrahiert. Die Lösungsmittelextraktion bei diesem pH-Wert bezweckt die Auflösung von Lupulon, Hopfenwachs und Chlorophyll sowie von anderen Verunreinigungen. Der Lösungsmittelextrakt wird verworfen.

Nach der Lösungsmittelextraktion wird die wäßrige Phase auf einen pH-Wert unterhalb 3,0 durch Zusatz irgendeiner geeigneten Mineralsäure, wie Salzsäure, Schwefelsäure od. dgl., eingestellt. Der pH-Hert liegt dabei vorzugsweise unterhalb 2,0, insbesondere im Bereich von 1,0 bis 2,0. Die Isohumulone werden dann aus der wäßrigen Phase mit einem Lösungsmittel, wie Diäthyläther, Petroläther, Hexan oder irgendeinem der anderen vorstehend genannten Lösungsmittel extrahiert, und die wäßrige Phase wird verworfen.

Die Reduktion der Isohumulone wird dadurch ausgeführt, daß man den erhaltenen Isohumulonextrakt mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalidithionits, beispielsweise von Natrium- oder Kaliumdithionit, in Berührung bringt. Vorzugsweise wird ein molares

Verhältnis von Isohumulon zu Dithionit von etwa

1 : 2 verwendet und die Mischung wird zur Erzielung einer vollständigen Reduktion des Isohumulons geschüttelt oder gerührt. Die Dauer der Berührung zwischen dem Dithionit und dem Isohumulon. ist nicht kritisch, und im allgemeinen ist eine Dauer von etwa 10 Minuten ausreichend, um eine vollständige Reduktion zu erhalten. Die Reduktion der Isohumu-Ione erfolgt vorzugsweise unter Anwendung von Natriumdithionit.

Nach der Reduktion wird der das reduzierte Isohumulon enthaltende Extrakt von der Dithionitlösung abgetrennt, beispielsweise in einem Scheidetrichter, und mit Salzlösung gewaschen. Der Äther wird dann durch Destillation entfernt, wobei ein Konzentrat der reduzierten Isohumulone erhalten wird. Die reduzierten Isohumulone ergeben bei Zusatz einer hopfenfreien Standardwürze oder zu einem hopfenfreien Bier ein Bierprodukt, das bei Aussetzen an Sonnenlicht den charakteristischen üblen Geruch nicht entwickelt und erlaubt gleichzeitig eine genaue Regelung der Stärke des bitteren Isohumulongeschmacks, was bei den bisherigen Hopfenwürzungsverfahren nicht möglich war.

Andererseits kann nach der Entfernung des Äthers im Vakuum der Rückstand in Äthanol aufgenommen werden. Die reduzierten Isohumulone sind in diesem Lösungsmittel stabil; die Konzentration an Isohumulon kann mühelos durch Ultraviolettspektroskopie bestimmt werden, so daß einem hopfenfreien Bier eine genaue Menge des Isohumulonextraktes zugesetzt werden kann.

Im allgemeinen liegt die Gesamtausbeute an nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Isohumulon im Bereich von 60 bis 75% der theoretischen Ausbeute.

Der Zusatz des Extrakts des reduzierten Isohumu-Ions zu ungehopftem Bier verhindert die Entwicklung des üblen Geruchs und ermöglicht eine Lagerung des Bieres in klaren Glasflaschen oder ein Aussetzen an Sonnenlicht während beachtlich langer Zeiten ohne Entwickung des üblen oder verdorbenen Geruchs. Außerdem erzeugen die reduzierten Isohumulone die gleichen Bitterkeitseigenschaften wie die gewöhnliche Substanz, wobei bei Verwendung der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Isohumu-Ione keine nachteiligen Geschmackseigenschaften erteilt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel
Extraktion

40 g samen- oder kernloser Hopfen der Art 1961 Idaho mit einem Gehalt von 2,482 g Humulon und 1,312 g Lupulon wurden zu einem feinen Mehl auf einem elektrischen Mahlwerk vermählen. Das gemahlene Hopfenmehl wurde dann mit 800 ml Petroläther

2 Stunden lang in einem Waring-Mischer extrahiert. Die Masse wurde dann filtriert und der Kuchen einmal mit 450 ml Petroläther gewaschen. Die Extrakte wurden dann vereinigt und im Vakuum zur Trockene verdampft, wobei eine Umlaufverdampfungsvorrichtung bei Wasserstrahlpumpen-Drücken angewendet wird. Der nach Verdampfung erhaltene Rückstand bestand aus einem viskosen öl.

Claims

Isomerisierung

Das viskose öl wurde während 30 Minuten unter Rückfluß in 500 ml einer 0,01 n-K₂C0₃-Lösung behandelt. Die in dem Extraktrückstand enthaltenen wesentlichen oder essentiellen Hopfenöle wurden mit einer unter dem Rückflußkühler angebrachten ölfalle gesammelt. Die Reaktionsmischung wurde in Eis gekühlt und auf 140 g Eis gegossen. Die Temperatur dieser Mischung betrug 5° C, und' der pH-Wert war 10,5. Die gekühlte Mischung wurde dann auf einen pH-Wert von 6,45 mit 23 ml 6 n-HCl geregelt und dreimal mit 170 ml Petroläther extrahiert. Die organischen Extrakte wurden verworfen.

Reduktion und Extraktion von Isohumulon

Die wäßrige Phase wird auf einen pH-Wert von 2,0 mit 20,5 ml 6 n-HCl eingestellt und dreimal mit 170 ml Petroläther extrahiert. Die Extrakte werden vereinigt und viermal mit 170 ml gesättigter Salzlösung gewaschen und danach durch Filtrieren durch Natriumsulfat getrocknet. Der Petrolätherextrakt wurde dann unter Vakuum zur Trockene verdampft und der Rückstand in einer geringen Menge Äthanol aufgenommen. Der restliche Petroläther wurde durch azeotrope Destillation mit Äthanol entfernt. Das Äthanol wurde verdampft, und der Rückstand wurde in 150 ml von 95%igem Äthanol aufgenommen. Die spektrophotometrische Analyse zeigte eine Ausbeute von 1,60 g Isohumulon an, was 64,5% der theore- - tischen Ausbeute entsprach.

50 ml des Isohumulonextraktes mit einem Gehalt von 800 mg Isohumulon (0,00221 Mol) wurden verdampft und der Rückstand in 15 ml Diäthyläther aufgenommen und dann mit 770 mg (0,00442 Mol) von Natriumdithionit in 15 ml Wasser während 10 Minuten in einem Scheide trichter geschüttelt. Die wäßrige Schicht wurde anschließend verworfen, und der Ätherextrakt wurde zweimal mit 15 ml gesättigter Salzlösung gewaschen und anschließend die Ätherschicht zur Trockene verdampft. Das als Rückstand verbleibende reduzierte Isohumulon wurde in Äthanol aufgenommen und auf eine Lösung von 50 ml gebracht. Die durch spektrophotometrische Analyse bestimmte Ausbeute betrug 570 mg oder 73% der theoretischen Ausbeute.

- Prüfung der Lichtempfindlichkeit

Eine hopfenfreie Würze wurde dem Braukessel entnommen und während einer angemessenen Zeit-

dauer ohne Hopfen gekocht. Diese hopfenfreie Würze wurde fermentiert, gelagert, filtriert und in gebräuchlicher Weise in Flaschen abgefüllt, wobei jedoch Flaschen aus klarem Flintglas verwendet wurden. Um sicherzustellen, daß das hopfenfreie Bier keine Isohumulone enthielt, wurde es an Sonnenlicht ausgesetzt; es zeigte dabei keine Empfindlichkeit gegenüber Sonnenlicht. Auch die spektrophotometrische Analyse zeigte, daß keine Isohumulone vorhanden waren.

0,387 ml der Äthanollösung der reduzierten Isohumulone wurden einem Anteil des hopfenfreien Biers zugegeben, während 0,300 ml des isomerisierten, jedoch nicht reduzierten Isohumulons einem zweiten Anteil des ungehopften Biers zugegeben wurden, wobei in beiden Fällen ein Bier mit einer Konzentration von 12,5 Teilen je Million Teile erhalten wurden. Beide Bierproben wurden 1 Stunde lang dem Sonnenlicht ausgesetzt und dann ausgeschenkt. Das Bier, welches das gemäß der Erfindung reduzierte Isohumulon enthielt, besaß keinen »stichigen« oder verdorbenen Geruch, während das Bier, welches das nicht reduzierte Isohumulon enthielt, einen sehr starken »stichigen« Geruch besaß.

Die Verwertung der Erfindung kann durch gesetzliche Bestimmungen, insbesondere das Lebensmittelgesetz, beschränkt sein.

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von lichtunempfindlichen Malzgetränken durch reduktive Behandlung der in fermentiertem Malzgetränk enthaltenen Humulone, wobei die Humulone durch Erhitzen mit Alkalien in Isohumulone übergeführt und diese anschließend chemisch reduziert werden, worauf die Lupulone entfernt werden und sodann die reduzierten Isohumulone aus der Reaktionsmischung abgetrennt und zu den Malzgetränken zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Isomerisierung der Humulone die aus der wäßrigen Phase. bei einem pH-Wert unterhalb von 3 mit einem organischen Lösungsmittel extrahierten Isohumulone mit einer wäßrigen Alkalidithionitlösung in Berührung gebracht werden und anschließend die reduzierten Isohumuloiie aus der organischen Phase gewonnen werden.