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Bereich der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf Qualitätsbewertungsverfahren
von Malz zur Verwendung bei der Herstellung von alkoholischen Malzgetränken, wie
beispielsweise Bier, und insbesondere auf ein Verfahren zur Bewertung
mittels Elektronen-Spin-Resonanz (ESR) des Keimungszustandes oder
des Modifikationszustandes von Malzproben in einem Keimungsverfahren
von Gerste.
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Der Stand der Technik:
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Bier
wird hauptsächlich
aus Gerstenmalz gemacht, das als Stärke und Enzymquelle dient.
Das Herstellungsverfahren von Bier wird in einen Mälzungsprozess,
einen Brauprozess und einen Verpackungsprozess klassifiziert. Beim
Mälzungsprozess wird
das Malz zur Keimung in Wasser getaucht. Während der Keimung werden abbauende
Enzyme aktiviert. Die keimende Gerste wird grünes Malz genannt. Nach der
Keimung zu einem erwarteten Modifikationszustand wird das grüne Malz
getrocknet (gedarrt). Im nächsten
Brauprozess wird Wasser zu dem gemahlenen Malz hinzu gegeben und
zur Verzuckerung erhitzt und dann gefiltert. Die gefilterte Flüssigkeit
wird nach dem Zufügen
von Hopfen gekocht und die verzuckerte Flüssigkeit (Würze) wird durch Abtrennung
vom Hopfensatz erhalten. Nach Abkühlen wird die Würze durch
hinzufügen
von Hefe fermentiert und bei einer kalten Temperatur gelagert. Nachdem
Kohlendioxid, das während
der Lagerung in der fermentierten Flüssigkeit (Bier) gelöst ist,
erzeugt wurde und der Geschmack gereift ist, wird das Bier abgefiltert.
Beim Verpackungsprozess wird das Bier antiseptisch gefiltert und
in Fässer
und/oder Flaschen zum Vertrieb gefüllt.
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Die
Qualität
des Bieres hängt
in großem Maße von der
Qualitätskontrolle
des Mälzungsprozesses
ab. Das heißt
von der Qualität
des erzeugten Malzes. Im Allgemeinen benötigt ein Keimungsprozess etwa
4-6 Tage. Während
des Keimen werden Enzyme synthetisiert, und Stärke und Proteine werden teilweise
abgebaut. Der Grad des Malzabbaus wird als „Modifikation" bezeichnet.
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Beim
Herstellungsverfahren von Bier ist es wichtig, die Malzqualität zu kontrollieren.
Kohlbach Index, Hartong Index bei 45 °C, diastatische Energie, β-Glucan-Gehalt
und Viskosität
sind Indizes, welche die Qualität
des Malzes anzeigen. Diese Parameter werden bei dem Mälzungsprozess
kontrolliert, um eine gleich bleibende Malzqualität zu erhalten.
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Die
Parameter zum Anzeigen der Malzmodifikation sind nachfolgend beschrieben.
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Kohlbach
Index: Das Verhältnis
der Stickstoffmenge der Stammwürze,
die für
die Analyse aufbereitet wurde, und der Stickstoffmenge des gesamten
Malzes. Er zeigt das Ausmaß des
Proteinabbaus in dem Malz an. Je höher der Kohlbach Index ist,
desto stärker
ist das Malz abgebaut (modifiziert).
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Hartong
Index bei 45 °C:
Das Verhältnis
des Extraktes bei 45 °C,
nach einstündigem
Maischen des fein geschroteten Malzes, und des Extraktes der Stammwürze. Das
Verhältnis
des Extraktes hängt
im Wesentlichen von der Menge der Stärke und des Zuckers ab. Im
Malz beeinflusst der Abbau von Proteinkomponenten, die unter Stärkepartikeln
vorkommen, die Menge des Extraktes. Entsprechend indiziert der Hartong
Index bei 45 °C
den Abbaugrad sowohl von Stärke
als auch von Proteinen. Je höher
der Hartong Index bei 45 °C
ist, desto mehr Malz ist modifiziert.
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Diastatische
Energie: Um die Stärke
abbauende Enzymenergie des Malzes zu bestimmen, wird die Menge des
reduzierten Zuckers, der durch Beeinflussung der Wasser-Extrakt-Flüssigkeit
des Malzes zu löslicher
Stärke
entstanden ist, unter Verwendung der Iodometrie gemessen. Die Stärke abbauenden Enzyme
werden synthetisiert, wenn die Gerste keimt. In einem Brauprozess
sind diese Enzyme erforderlich zum Abbau von Stärke in Malz und in Beigaben (beispielsweise
Maisstärke).
Malz mit einer niedrigen diastatischen Energie kann ein Problem
beim Bierbrauprozess verursachen.
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β-Glucan-Gehalt: β-Glucan ist
das abbauende Produkt der Zellwand des Malzes: Wenn die Zellwand
nicht ausreichend abgebaut ist, wird das Läutern der Maische nicht gleichmäßig. Bier
mit hohem β-Glucan-Gehalt
kann Eintrüben
nach Gefrieren verursachen.
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Der β-Glucan-Gehalt
wird gemessen wie folgt: Nachdem das geschrotete Malz in Ethanol
erhitzt wurde, um Enzyme zu deaktivieren, wird β-Glucan durch Verarbeitung mit
Lichenaze und β-Glucosidase
in dem Malz zu Glucose abgebaut, und die Menge der erzeugten Glucose
wird bestimmt unter Verwendung der Glucose-Oxidase/Paroxidase-Methode.
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Viskosität: Die Viskosität der Stammwürze, die
für die
Analyse vorbereitet wurde. Polysaccharide, wie beispielsweise Stärke, Dextrin, β-Glucan und Pentosan,
beeinflussen im Wesentlichen die Viskosität der Stammwürze. Die
Viskosität
indiziert den Grad des Abbaus gespeicherter Stärke und Zellwand. Je niedriger
die Viskosität
ist, desto stärker
ist das Malz modifiziert. Die Viskosität wird bei 20 °C mit einem Viskosimeter
vom Ubbelohde-Typ gemessen.
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Bröckeligkeit:
Die Bröckeligkeit
wird gemessen durch ein bestimmtes Bruchbildungsmessgerät. Insbesondere
wird die Bröckeligkeit
gemessen wie folgt. Nachdem sie mit einer Walze geschrotet worden
sind, werden Malzproben aufgetrennt in diejenigen, die durch einen
speziellen Schlitz passen, und diejenigen, die nicht durch diesen
speziellen Schlitz passen und zurückbleiben. Die abgetrennten
Malzproben werden gemessen. Die Bröckeligkeit der Malzproben wird
definiert als das Verhältnis
zwischen den getrennten Malzproben. Malz, dessen Stärke und
Zellwand nicht ausreichend abgebaut ist, ist kristallin und folglich
hart. Die Bröckeligkeit
eines solchen Malzes ist niedrig. Gut abgebautes Malz ist mehlig
und leicht zu schroten. Die Bröckeligkeit
eines solchen Malzes ist hoch.
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Konventionell
werden die obigen Parameter zur Analyse der Modifikation von Malz
mit allgemeinen analytischen Verfahren wie beispielsweise chemischer
Analyse bestimmt. Die allgemeinen analytischen Verfahren haben jedoch
Probleme wie dieses, dass die Aufbereitung und Messung von Proben
einen beträchtlichen
Zeitaufwand erfordert. Eine schnelle und einfache Analysetechnik
zur Bewertung der Malzqualität
wird benötigt.
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Es
gibt viele analytische Verfahren zur Analyse von Material, wie beispielsweise
chemische Analyse, optische Analyse und physikalische Analyse (unter
Verwendung von Röntgenstrahlen
beispielsweise). Jüngst
wurde der Elektronen-Spin-Resonanz (ESR) Analyse Beachtung zugewandt
als eine Analysetechnik, mit der, bezüglich der molekularen Ebene,
Informationen über
das Material erhalten werden können.
Die Anwendung von ESR-Analyse wird intensiv untersucht.
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Das
Prinzip der ESR ist exakt dasselbe wie das der magnetischen Kernresonanz
(NMR). ESR ist eine Art des magnetischen Resonanzspektrums. Wohingegen
die NMR die Resonanzabsorption der Kernspins misst, misst die ESR
die Resonanzabsorption der Elektronenspins. Die ESR führt am direktesten
zu Informationen über
die molekularen Strukturen und elektronischen Zustände der
Materialien mit ungepaarten Elektronen, wie beispielsweise einem
Radikal und einem Übergangsmetallkomplex (trivalentes
Eisenion und bivalentes Kupferion beispielsweise). Derzeit ist daher
ESR die zuverlässigste
Analysetechnik, um Radikale zu detektieren.
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ESR-Spektren
zeigen das Folgende: Der g-Wert indiziert die Position der Resonanz
des ungepaarten Elektrons, die Resonanzintensität indiziert die Anzahl der
ungepaarten Elektronen, die Absorptionsbreite im Bezug zur Relaxationszeit
und die Hyperfeinstruktur, die hier durch die Kopplung zwischen ungepaarten
Elektronen und Atomen (1H und 14N, beispielsweise)
mit nuklearem Spin nahe ungepaarter Elektronen aufweisen. Da jede
der Radikal-Spezies eine intrinsische Position der Absorption aufweist, kann
man die Radikal-Spezies auf dem g-Wert basierend identifizieren.
Darüber
hinaus kann man die Reaktionszeit berücksichtigen und den Reaktionsmechanismus,
basierend auf der Änderung
der Absorptionszeit (Intensität).
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Die
Erfinder haben intensiv die Anwendung der ESR auf die Bewertung
des Zustandes (Qualität) des
Malzes beim Bierbrauen untersucht. Als ein Ergebnis der Untersuchung
haben die Erfinder aufgedeckt, dass, falls eine Absorptionsintensität (Signalintensität) beobachtet
wird, die Radial-Spezies grob identifizierbar ist, basierend auf
dem g-Wert, und dass es eine Korrelation zwischen der Absorptionsintensität (Signalintensität) und dem
Zustand (der Qualität)
von grünem
Malz und Malz gibt. Es existieren bereits Dokumente, die sich auf
die Getreidemälzung beziehen,
beispielsweise die
WO 01/40433 ,
welche sich auf ein Verfahren zur Behandlung von gemälztem Korn
bezieht, wobei das Korn einer Belastung durch Wasserentzug unterzogen
wird, nachdem die Keimung unter normalen Bedingungen begonnen wurde
und chemische analytische Malzanalysen ausgeführt wurden. Dieses Dokument
bezieht sich jedoch nicht auf ein Verfahren zur Bewertung des Keimungszustandes
oder des Modifikationszustandes von Malz durch Bewertung mittels
Elektronen-Spin-Resonanz. Die vorliegende Erfindung, welche auf
der obigen Entdeckung basierend gemacht wurde, stellt ein schnelleres
und einfacheres Verfahren zur Bewertung der Qualität von Malz
bereit als diejenigen der konventionellen analytischen Techniken.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Die
obigen Probleme können
mittels der vorliegenden Erfindung gemäß der kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst
werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden in den anhängenden
Ansprüchen
beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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1 ist
ein Diagramm, das ein ESR-Spektrum von grünem Malz zeigt;
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2A und 2B sind
Diagramme, welche die Wirkung der Feuchtigkeit nach dem Einweichen
und der Keimzeit auf die ESR-Signalintensität des grünen Malzes zeigen;
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3 ist
ein Diagramm, das die Wirkung der Keimzeit auf die ESR-Signalintensität von Malz
zeigt; und
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4A bis 4F sind
Diagramme, welche die Korrelation zwischen verschiedenen Parametern und
der ESR-Signalintensität
von Malz zeigen.
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Bester Ausführungsmodus
der Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden detailliert nachfolgend beschrieben.
Die Darstellung der ESR-Analysen, wie sie von den Erfindern durchgeführt werden,
wird zuerst beschrieben.
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(1) Gerste, Malzprobe
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Wenn
eine solche Feuchtigkeit in der Probe enthalten ist, absorbiert
die Feuchtigkeit die Elektronen-Spin-Resonanz. Wenn feste Proben,
die eine solche Feuchtigkeit enthalten, mit einem gewöhnlichen
ESR-Analyseverfahren gemessen werden, muss die Feuchtigkeit entfernt
werden. Entsprechend wurde grüner
Malz verwendet, nachdem er lyophilisiert wurde, als ein Beispiel
für die
Analyse der keimenden Gerste (grüner
Malz). Da jedoch Malz genügend
wenig Feuchtigkeit enthält,
wurde das Malz als eine Probe verwendet, ohne lyophilisiert zu sein.
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Japanische „Amagi
Nijo"-Gersten und
kanadische „Kendall"-Gersten wurden als
Proben verwendet. Diese wurden in einer 90 kg-skalierten Pilot-Mälzanlage
gemälzt.
Die Gersten wurden bei 14 °C
in Wasser getaucht und wurden bei 14 °C keimen gelassen. Malz unterschiedlicher
Keimungszeiten wurde dann unter Verwendung eines auf 8 kg skalierten
Darrgerätes
vorbereitet.
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(2) ESR-Analyse
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Die
ESR-Analyse wurde mit den folgenden Messbedingungen durchgeführt:
Temperatur
der Probe: Raumtemperatur
Durchlaufzeit: 60 Sekunden
Modulationsbreite:
0,1 mT
Mikrowellenenergie: 10,63 mW
Durchlaufe/Messungen:
1 Mal
Interner Standard: Mn2+
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Fünf ganz
Körner
von grünem
Malz und Malz (0,4 Gramm) oder etwa 0,2 Gramm geschroteter Proben,
davon wurden in ein ESR-Probenrohr (zylindrisches Rohr) gegeben
und ihre Elektronen-Spin-Resonanz-Absorption wurde mit einem Elektronen-Spin-Resonanz-Spektrometer
gemessen. Nach der Messung des g-Wertes, basierend auf gemessenen
Spektren, wurde die Signalintensität berechnet als relativer Wert
der Peak-Höhe
der Probe und der Peak-Höhe
von Mn2 +, welches
als der interne Standard verwendet wurde. Die ESR-Signalintensität ist definiert
als die relative Höhe
pro einer Gewichtseinheit der Probe (/g). Eine Probe wurde fünfmal gemessen
und die erhaltenen Daten wurden gemittelt.
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(3) ESR-Vorbereitungsanalyse von grünem Malz
und Malz
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1 ist
ein Diagramm, welches ein ESR-Spektrum von geschrotetem grünem Malz zeigt.
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Wie
gezeigt in 1, zeigt das Spektrum einen
Singulett-Peak an der Position g = 2,0049. Der g-Wert ist = 2,0049
bedeutet, dass dieses Spektrum durch Kohlenstoffradikale verursacht
wird. Es ist gut bekannt, dass, in Nahrungsmittelproben, welche
Lipide und Proteine (Aminosäuren)
enthalten, beispielsweise freie Radikale durch die Oxidation von
Lipiden Wasserstoff aus den Proteinen aufnehmen und stabile organische
Radikale erzeugen, die von den Proteinen stammen, und dass sie einen
Singulett-Peak bei etwa g = 2,00 produzieren. Entsprechend vermuten die
Erfinder, dass dieser Peak ebenfalls durch stabile organische Radikale
produziert wurde, die von Proteinen in dem grünen Malz stammen. Darüber hinaus zeigten
grüne Malzproben
und ganze Kornproben von Malz und grünem Malz (ohne Grind) ähnliche Spektralmuster.
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(4) Änderungen
der ESR-Signalintensität
von grünem
Malz während
des Keimen
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Ein
weiteres Experiment wurde durchgeführt, um die Änderung
des ESR-Spektrums (der Signalintensität) von grünem Malz während des Mälzens (Keimens) zu bestimmen.
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2A und 2B zeigen
die Ergebnisse der ESR-Messung des lyophilisierten grünen Malzes, der
einmal am Tag beprobt wurde nach Keimung und Lyophilisierung. 2A zeigt
das Ergebnis der ganzen Körner
von grünem
Malz, gemälzt
mit zwei unterschiedlichen Einweichfeuchtigkeitsniveaus von 37 % und
43 % und 2B zeigt das Ergebnis von geschrotetem
grünem
Malz, der bis zu verschiedenen Feuchtigkeitsleveln von 37 % und
43 % eingeweicht wurde.
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Diese
experimentellen Ergebnisse zeigen, dass, mit Verstreichen der Keimungszeit,
die ESR-Signalintensität
ansteigt. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, dass das Einweichfeuchtigkeitsniveau umso
höher ist,
je höher
die ESR-Signalintensität
ist. Entsprechend wurde gefunden, dass der Keimungszustand von Gerste
basierend auf der ESR-Signalintensität bewertet werden kann.
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Aus
einem Vergleich zwischen den Proben des ganzen Korns und geschroteten
Proben zeigte sich, dass die ESR-Signalintensität von grünem Malz mit dem Schroten anstieg.
Dieses Ansteigen der ESR-Signalintensität könnte durch ein Vermehren der
Radikale durch Oxidation während
des Schroten herkommen.
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Basierend
auf den obigen experimentellen Ergebnissen vermuten die Erfinder,
dass die Menge der Radikale während
des Keimens gesteigert wird, weil das Keimen die Respiration von
Gerste aktiviert und folglich die Oxidation der Bestandteile, die
in der Gerste enthalten sind, und somit die Erzeugung stabiler organischer
Radikale, die aus Proteinen stammen, beschleunigt. Nur die Signalintensität veränderte sich
mit der Keimungszeit in dem Spektrum. Kein neuer Peak wird in dem
Spektrum beobachtet. Die Vermehrung der stabilen organischen Radikale,
die von Proteinen während
der Keimung stammen, ist eine interessante Entdeckung hinsichtlich
verschiedener Änderungen
der Bestandteile, einschließlich der
Synthese von Enzymen bei der Keimung von Gerste. Diese Entdeckung
wird als ein neuer Blickwinkel in der Untersuchung botanischer Keimung
erwartet.
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(5) Beziehung zwischen ESR-Signalintensität und Malzparametern
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Andere
grüne Malze,
die von einem bis zu sechs Tagen gekeimt wurden, wurden zu Malzen
gedarrt und geschrotet. Die ESR-Signalintensitäten der geschroteten Malze
wurden verglichen.
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3 zeigt
das Ergebnis des obigen Experimentes.
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Wie
gezeigt in 3, wuchs die ESR-Signalintensität mit der
Keimungszeit an. Basierend auf diesem Ergebnis bestätigten die
Erfinder, dass die Steigerung der ESR-Signalintensität von grünem Malz mit der Keimungszeit
sogar nach dem Darren gehalten wurde.
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Die
Relation zwischen unterschiedlichen typischen Parametern, die die
Malzmodifikation indizieren, und der ESR-Signalintensität wurde
untersucht. 4A bis 4F zeigen
die Beziehung zwischen den Parametern, welche die Malzmodifikation indizieren,
und der ESR-Signalintensität
der Malzproben, die für
die Messung verwendet wurden, wie gezeigt in 3. 4A bis 4F zeigen
die Beziehung der Malzqualitätsparameter,
das heißt,
der Hartong Index bei 45 °C
(4A), Viskosität
(4B), β-Glucan-Gehalt
(4C), Bröckeligkeit
(4D), diastatische Energie (4E) und
Kohlbach Index (4F) entsprechend, mit der ESR-Signalintensität. 4A zeigt,
dass der Hartong Index bei 45 °C mit
der Signalintensität,
die unterhalb 9,5 liegt, anwächst
und konstant bleibt mit der Signalintensität von 9,5 und darüber.
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4B zeigt,
dass die Viskosität
bei einer Signalintensität
von 12 oder darüber
konstant ist.
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4C zeigt,
dass der β-Glucan-Gehalt nicht
konstant bleibt über
den gesamten Bereich der Signalintensität.
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4D zeigt,
dass die Bröckeligkeit
konstant bleibt bei einer Signalintensität von 9 und darüber.
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4E zeigt,
dass die diastatische Energie konstant bleibt bei einer Signalintensität von 9
und darüber.
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4F zeigt,
dass der Kohlbach Index konstant bleibt mit einer Signalintensität von etwa
9 und darüber.
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Die
Ergebnisse der obigen Experimente bestätigen, dass Malz bei einer
ESR-Signalintensität zwischen
9 und 15 ausreichend modifiziert ist und dem grundsätzlich erforderlichen
Level für
eine Malzqualität
genügt.
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Gemäß den obigen
experimentellen Ergebnisse kann der Keimungszustand von Malz basierend
auf der ESR-Signalintensität
des gekeimten Malzes (grüner
Malz) geschätzt
und bewertet werden.
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Die
Modifikation und/oder die diastatische Energie von Malz kann durch
Beprobung von grünem Malz
oder Malz während
des Mälzens
bewertet werden und durch Messen der ESR-Signalintensität unter
Verwendung der ESR-Analyse. Wenn die ESR-Signalintensität gleich ist oder höher als
ein spezifisches Level, kann die Malzqualität garantiert werden. Ein solches
Qualitätsbewertungsverfahren
kann als ein schnelles und einfaches Verfahren zur Überprüfung der
Malzqualität
verwendet werden.
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Die
ESR-Analyse von Malz erfordert kein lyophilisieren der Malzprobe.
Die Malzprobe wird geschrotet und in eine ESR-Beprobungsröhre gegeben. Die
Messung mittels des ESR-Spektrometers benötigt weniger als zwei Minuten.
Obwohl die Einstellung des ESR-Spektrometers mehr als 30 Minuten
benötigt,
erfordert die ESR-Analyse
im Wesentlichen weniger Zeit, als dies konventionelle Verfahren
tun. Die Vorbereitung der Malzproben ist ebenfalls sehr einfach.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind oben im Detail beschrieben. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf diese Ausführungsformen
und Variationen und Modifikationen können ohne Abweichen vom Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Wie
aus der obigen detaillierten Beschreibung offensichtlich ist, macht
es die vorliegende Erfindung möglich,
die Qualität
von grünem
Malz basierend auf der ESR- Signalintensität von einer
grünen Malz
Probe unter Verwendung der Elektronen-Spin-Resonanz-Methode zu bewerten.
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Die
vorliegende Erfindung macht es ebenfalls möglich, die Qualität von Malz
basierend auf der Intensität
des ESR-Signals einer Malzprobe unter Verwendung des Elektronen-Spin-Resonanz-Verfahrens
zu bewerten.
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Zusätzlich macht
es die Erfindung möglich, Parameter
abzuschätzen,
welche die Malzmodifikation anzeigen, beispielsweise der Kohlbach
Index, der Hartong Index bei 45 °C,
die diastatische Energie, der β-Glucan-Gehalt,
die Viskosität
und die Bröckeligkeit,
basierend auf Parametern, die mittels dem Elektronen-Spin-Resonanz-Verfahren gemessen wurden.