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B-590.21.112 [2020-10] Stärke – enzymatisch

Der Extraktgehalt einer normalen Bierwürze besteht gewöhnlich zu etwa 90 % aus Kohlenhydraten, weshalb diesen bei der Bierherstellung auch die größte Bedeutung zukommt.

Die teils beim Mälzen, hauptsächlich aber während des Maischens gebildeten löslichen Kohlenhydrate lassen sich als Abbauprodukte der ursprünglich im Gerstenkorn als Reservestoff eingelagerten Stärke in drei Gruppen aufgliedern:

Durch Bierhefe vergärbare Zucker (Maltose, Maltotriose, Saccharose, Glucose und Fructose)
Unvergärbare Oligosaccharide mit 4–20 Glucose-Einheiten, mit Iod nicht reagierend
Dextrine mit mehr als 20 Glucose-Einheiten, mit Iod reagierend

Mono-, Di- und Trisaccharide bestimmen in ihrer unterschiedlichen Menge die Angärung, Vergärung und den Vergärungsgrad von Würze und Bier. Ein Defizit an Monosacchariden erschwert die Angärung, ein Mangel an Disacchariden verzögert die Gärung und verringert den Endvergärungsgrad.

Während die Menge an Würzezuckern über die Gärung einen großen Einfluss auf die Qualität des Bieres ausübt, stellen die Oligosaccharide eine durch Bierhefe unvergärbare Fraktion dar. Man misst ihnen jedoch als Bestandteile der Kältetrübung, Aromaträger sowie Dispersionsmittel eine gewisse Bedeutung zu. Auch lassen sich aus Zusammensetzung und Konzentration dieser Stoffgruppe in der resultierenden Würze Rückschlüsse über den Verlauf der Amylolyse während des Maischprozesses ziehen.

Höhermolekulare Abbauprodukte (Dextrine) der letzten Gruppe kommen in Würze und Bier kaum vor.

Die Bestimmung von Zucker ist besonders bei der Ermittlung des Nährwertes von Bedeutung. Hauptsächlich vorkommende Zucker sind Glucose, Fructose und Saccharose. Maltose, Maltotriose und Dextrine werden in Sportlergetränken als Energielieferant eingesetzt. D-Sorbit kommt in Kern- und Steinobst vor.

Die Zuckerbestimmung kann mittels HPLC und refraktometrischer Detektion, Ionenchromatographie und gepulster amperometrischer Detektion oder mittels enzymatischer Analyse durchgeführt werden.

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The concentrations of the coenzyme pairs NAD/NADH⁺ or NADP/NADPH⁺ are typically measured spectrophotometrically at a wavelength of 340 nm.

It is also possible to detect the coenzyme pairs photometrically at the wavelengths Hg 334 or Hg 365 nm.

It must be taken into account that the molar extinction coefficient (ε) changes with the wavelength.

Wavelength	ε (Molar extinction coefficient)
340 nm	= 6.30 in l × mmol^-1 × cm^-1
Hg 365 nm	= 3.50 in l × mmol^-1 × cm^-1
Hg 334 nm	= 6.18 in l × mmol^-1 × cm^-1

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Prinzip

Stärke, das Hauptkohlenhydrat im Malz, wird während des Maischprozesses teilweise zu vergärbaren Zuckern, teilweise zu (iodnormalen) Dextrinen hydrolysiert. Die Bestimmung der Stärke ist deshalb für die Brauereitechnologie von Interesse.

In der Getränkeindustrie werden Maltodextrine in Sport- und Energy-Getränken verwendet.

Stärkehaltige Proben müssen gegebenfalls vorbehandelt werden und die Stärke in eine lösliche Form überführt werden, siehe Bemerkungen

Stärke wird durch das Enzym Amyloglucosidase (AGS) bei pH 4,6 zu Glucose gespalten:

\(\text{Stärke + (n-1) H}_{2} \text{O} \space ^{\underrightarrow{\text{Amyloglucosidase (AGS)}}} \space \text{n D-Glucose}\)

Die gebildete D-Glucose wird durch das Enzym Hexokinase (HK) und Adenosin-5’-triphosphat (ATP) zu Glucose-6-phosphat (G-6-P) phosphoryliert:

\(\text{Glucose + ATP} \space ^{\underrightarrow{\text{HK}}} \space \text{G-6-P + ADP}\)

In Gegenwart des Enzymes Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6P-DH) wird G-6-P von Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat (NADP⁺) zu Gluconat-6-phosphat oxidiert. Es entsteht reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat (NADP + H⁺):

\(\text{G-6-P + NADP}^+ \space ^{\underrightarrow{\text{G6P-DH}}} \space \text{Gluconate-6-Phosphate + NADP + H}^+\)

Die während der Reaktion gebildete NADP + H⁺-Menge ist der Glucosemenge äquivalent. NADP + H⁺ ist Messgröße und wird aufgrund seiner Absorption bei 340 nm bestimmt.