Met-Brauen

Ein Versuch den Prozess etwas wissenschaftlicher zu gestalten.

20.10 - 03.11.2020

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Met herzustellen sollte nicht all zu schwer sein, schließlich wurde im alten Ägypten um 3500 v.Chr. schon Met getruken. Es gibt hunderte von Anleitungen zur Met Herstellung, nur keine die meine Ansprüche an "wissenschaftlichkeit" genügt. Bei welcher Tempratur arbeitet die Hefe am besten? Welche pH-Spanne muss eingehalten werden? Lohnt es sich mit CO2 den Sauerstoff zu verdrängen? Glücklicherweise gibt es viele Publikationen aus dem Bereich der Mikrobiologie und Lebensmitteltechnik die genaue diese Fragen beantworten.

Die Theorie

Die Brauhefe (Saccharomyces cerevisiae) wandelt einen Teil des Zuckers aus dem Honig-Apfel-Wasser-Gemisch zu Ethanol um. Dafür wird die D-Glukose zu zwei Pyruvat-Moleküle umgewandelt, anschließend je ein CO2 mithilfe der Pyruvatdecarboxylase abgespaltet. Das (giftige) Produkt ist Acetaldehyd, welches direkt durch das Enzym Alkoholdehydrogenase zu Ethanol umgewandelt wird. Für die Hefe ist der Alkohol und das CO2 nur ein Nebenprodukt denn eigentlich dient der Prozess zur ATP Synthese.
Das ganze als Nettoreaktionsgleichung aufgeschrieben:
\( C_6H_{12}O_6 + 2 ADP + 2 P_i \) \( \longrightarrow 2 C_2H_5OH + 2 CO_2 + 2 ATP \) [1] (Chemie.de, 2020)

Liniendiagram Glucose- / Fruktosegehalt

Fermentation profile of N96. Co-fermentation of glucose and fructose during oenological fermentation of Colombard grape must: glucose (◼); fructose (◻); ethanol (▲); and CO2 (●). [3] (Berthels, N. et al., 2004)

Die Kohlenhydrate des Honigs setzten sich aus ca. 38 % Fructose, 32 % Glucose, ein wenig Saccharose und Maltose zusammen. [2] (Ebermann, R. and Elmadfa, I., 2011)
Glücklicherweise kann unsere Hefe auch Fructose umwandeln, präferiert dennoch Glucose. D.h die Konzentration der Glucose fällt schneller als die der Fructose, welches wichtig für die wahrgenommene Süße ist. Da Fruktose etwa doppelt so süß ist, hat der Restzucker einen viel stärkeren Einfluss auf die Endsüße als die Glucose. [3] (Berthels, N. et al., 2004) Damit die Hefe ausreichend Zeit hat, um die gewünschte Menge an Alkohol zu produzieren aber dennoch genügend Restsüße vorhanden ist müssen wir 10-21 Tage Gärzeit einplanen.

Eine saubere Sache

Es gibt viele Probleme mit Lebensmitteln, die seit 2-3 Wochen herumstehen. Unerwünschte Bakterien machen sich zu schaffen und produzieren Milchsäure oder beschleunigen die Fäulnis, Schimmelpilze vermehren sich, wilde Hefe erzeugt einen unangenehmen Geschmack.
Deshalb muss durchweg sauber gearbeitet werden. Alle Geräte müssen sterilisiert oder zumindest sorgfältig gereinigt werden. Wenn ein Autoklav (z.B. ein Schnellkochtopf) zur Verfügung steht, wunderbar, wenn nicht muss alles gründlich gespült und mit Reinigungsalkohol > 70% desinfiziert werden. In verschiedenen Anleitungen wird zur Reinigung Chlorhexidin empfohlen, ein Antiseptikum aus der Zahnmedizin, das hauptsächlich gegen grampositive Bakterien wirksam ist. [4] (Pharmawiki.ch, 2020) Da aber auch gramneagative Bakterien und Pilze abgetötet werden sollen, ist dies nicht sinvoll. Aufgrund der Hitzebeständigkeit und der glatten Oberfläche sind Labor-/Glasgeräte besonders geeignet. Vor dem gesamten Prozess sollten die Hände desinfiziert und Nitril-/Latexhandschuhe angezogen werden. Um eine Kontamination der Handschuhe zu vermeiden, müssen diese ebenfalls desinfiziert werden.

Der Honig

Üblicherweise ist Honig sauber genug, sodass eine Vorbehandlung nicht nötig ist. Zusätzlich hat Honig aufgrund des hohen Zuckergehaltes, niedrigen pH-Wertes und vorhandenes Methylglyoxal eine antibakterielle Wirkung. [5] (Kwakman, P. and Zaat, S., 2011) Dies ist für uns sehr nützlich. Zwar bietet der Zucker eine gute Grundlage für Bakterien und Pilze, übt aber aufgrund der hohen Konzentration einen sehr starken osmotischen Druck aus. Besonders antibakteriell wirkt "Manuka Honig" aus Neuseeland. Da wir uns aber mit Wald- und Wiesenhonig aus der Region beglücken, benotigen wir eine Honig-Konzentration von mindestens 20-30 %.

Die Äpfel

Liniendiagramme Hitzebeständigkeit C. kursei

Überlebenskurven von C. krusei 6020 in Ringerlösung nach Hitzebehandlung bei verschiedenen Temperaturen. [6] (Engel, G. et al., 1994)

Äpfel bringen Säure, Stärke, Mineralien, diverse Zucker und sehr viele Pilze / Bakterien mit sich. Da besonders die Hefe (geschmaklich) Probleme macht müssen wir sie vor dem Gärprozess inaktivieren. Dies geschiet am bestem durch Erhitzung auf mindestens 65°C für 5 Minuten. Je länger erhitzt wird, desto besser. Es ist wichtig dass die Brauhefe erst nach dem Abkühlen der Äpfel hinzugefügt wird, da schon 56°C für 10 Minuten reichen um sie (fast) komplett zu Inaktivieren. Deutlich hitzebständiger ist die Wildhefe Candida krusei. Sie kommt auch auf Äpfeln vor und überlebt bei 56°C über eine Stunde.

Die Hefe

Balkendiagram Ethanolproduktion pH-Wert

Ethanol produced by S. cerevisiaein 48 h at 30°C [...] in the medium at four pH levels. [...] [7] (Narendranath, N. and Power, R., 2005)

Die Backhefe Saccharomyces cerevisiae hat interessante Eigenschaften. Sie ist laut Hersteller bei Temperaturen unter 27°C stabil und vermehrt sich zwischen 22-25°C am Besten. Sie gilt als fakultativ Anaerob, d.h. sie hat sowohl einen aeroben als auch anaeroben Stoffwechsel. Für die Alkoholproduktion ist der anaerobe Stoffwechsel entscheidend. Der pH-Wert und Zuckergehalt hat auch steuernde Eigenschaften auf die Ethanol produktion, kurzgesagt brauchen wir einen pH von ca. 5.5 und viel Zucker.[7] (Narendranath, N. and Power, R., 2005) Wenn Met aus reinem Honig gewonnen werden soll ist es notwending Nährsalze hinzuzufügen.

Tag 0 - Vorbereitung

1 / 4
Modell in BCDN-Cura
2 / 4
Dual extrusion
3 / 4
Mit Dichtung aus Silikon
4 / 4
Sitzt perfekt
Leider hatten wir für unsere weithals Erlenmeyerkolben keine Stopfen. Neue zu kaufen wär mit +15€ pro Stück zu teuer und der Glasladen der Uni hat zu. Also haben wir den 3D-Drucker angeschmissen, ein Modell erstellt und genügend gedruckt. Zum dichten nutzen wir weiße Vaseline (oder Heißkleber) und damit der Gärstopfen sauber sitzt nutzen wir die mitgelieferten Silikondichtungen. Das 3D-Modell gibt es hier zum Download muss aber sicherlich angepasst werden.

Weithalsdeckel (.obj 288kb)

Tag 1 - Brauen

1 / 3
Sterilisieren der Gefäße
2 / 3
Wiegen der Hefe
3 / 3
pH Kontrolle
Der Brauvorgang ist letztendlich recht simpel. Zunächst werden alle Gefäße gereinigt und am besten sterilisiert. Darufhin werden die Zutaten vorbereitet. D.h. Äpfel zu Apfelsaft verwandelt und aufgekocht. Der (auf unter 40°C abgekühlte) Saft wird mit dem Honig und Wasser verrührt. Um nun zu kontrollieren ob die optimale Braubedingen erfüllt sind, wird der pH-Wert bestimmt und der Zuckergehalt mit einem Oechsle-Refraktometer grob gemessen. Sobald die Mischung unsere Brautemperatur erreicht hat und ggf. die Bedingungen angepasst wurden, wird die angesetzte Hefe hinzugefügt. Alles zusammen wird in unser Braugefäß umgefüllt und mit dem Gärstopfen verschlossen. Nach 10 bis 20 Tagen ist der Met fertig.

Tag 15 - Das Ergebnis

Der Met hat jetzt einen angenehmen Geschmack und Alkoholgehalt entwickelt und die Gärung kann gestoppt werden. Hierfür gibt es primär zwei Optionen: Kochen oder Schwefeln. Beim Schwefeln wird 0.10 g Kaliumdisulfit auf 1 l Met hinzugefügt. Dies stoppt die Hefeaktivität komplett. Beim Kochen muss die Denaturierungstemperatur der Hefe erreicht werden. In beiden Fällen empfiehlt es sich, den Met davor zu Dekantieren um möglichst wenig feste Bestandteile übrig zu haben.

Referenzen

[1] Chemie.de. 2020. Alkoholische_Gärung. [online] Available at: https://www.chemie.de/lexikon/Alkoholische_Gärung.html [Accessed 18 October 2020].

[2] Ebermann, R. and Elmadfa, I., 2011. Lehrbuch Lebensmittelchemie Und Ernährung. 2nd ed. pp.541-542.

[3] Berthels, N., Corderooteor, R., Bauer, F., Thevelein, J. and Pretorius, I., 2004. Discrepancy in glucose and fructose utilisation during fermentation by wine yeast strains. FEMS Yeast Research, 4(7), pp.683-689.

[4] Pharmawiki.ch. 2020. Chlorhexidin. [online] Available at: https://www.pharmawiki.ch/wiki/index.php?wiki=Chlorhexidin [Accessed 18 October 2020].

[5] Kwakman, P. and Zaat, S., 2011. Antibacterial components of honey. IUBMB Life, 64(1), pp.48-55.

[6] Engel, G., Rösch, N., and Heller, K. 1994. Heat tolerance of yeasts. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte, 1994, p.81-90.

[7] Narendranath, N. and Power, R., 2005. Relationship between pH and Medium Dissolved Solids in Terms of Growth and Metabolism of Lactobacilli and Saccharomyces cerevisiae during Ethanol Production. Applied and Environmental Microbiology, 71(5), pp.2239-2243.