22.09.2022 - Oregon State University

Gentechnisch veränderte Hefe sorgt für intensive Hopfenaromen im Bier

Brauereiforscher der Oregon State University und ein Team von Bioingenieuren haben gezeigt, dass ein gentechnisch veränderter Hefestamm den Gärungsprozess so verändern kann, dass Biere mit deutlich ausgeprägteren Hopfenaromen entstehen.

"Diese Ergebnisse könnten bei der Entwicklung neuer Bieraromen äußerst nützlich sein und die Zahl der Werkzeuge erhöhen, die den Brauern zur Verfügung stehen, um Biere mit starken und vielfältigen tropischen Geschmacks- und Aromastoffen herzustellen", sagte Tom Shellhammer, der Nor'Wester-Professor für Gärungswissenschaft an der Oregon State University.

Die Ergebnisse zeigen auch, wie die synthetische Biologie dazu beitragen kann, Industrie und Verbraucher vor den Auswirkungen des Klimawandels zu schützen, so Jeremy Roop, einer der Mitautoren der Studie und Bioingenieur bei Berkeley Yeast, einem Unternehmen, das Hefestämme mit verbesserten Gärungseigenschaften entwickelt.

"Angesichts der Tatsache, dass Dürreperioden und Waldbrände die Ernte von Hopfen und anderen Zutaten für Bieraromen beeinträchtigen, bieten gentechnisch veränderte Hefen die Möglichkeit, diese Aromen auf eine Weise zu erzeugen, die nicht von unvorhersehbaren Klimaereignissen beeinflusst wird", so Roop. "Sie ermöglichen es den Brauern auch, das volle Aromapotenzial des Hopfens zu nutzen und damit die Nachhaltigkeit sowohl des Hopfenanbaus als auch des Brauprozesses zu erhöhen.

Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Fermentation veröffentlicht.

In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Herstellung von Craft-Bier in den Vereinigten Staaten enorm zugenommen, wobei die Nachfrage der Verbraucher nach hopfenbetonten Biersorten wie India Pale Ales, die starke tropische und fruchtige Aromen aufweisen, gestiegen ist.

Hopfenbetonte Biere werden in der Regel durch die Zugabe großer Mengen aromatischen Hopfens hergestellt, wobei die ätherischen Öle des Hopfens den Hauptbeitrag zu den Aromen in Bieren leisten. In den ätherischen Ölen sind viele Verbindungen enthalten, darunter Thiole, die dem Bier tropische Aromen verleihen.

Der Thiolgehalt kann jedoch von Hopfensorte zu Hopfensorte und von Ernte zu Ernte stark variieren. Außerdem ist ein erheblicher Teil der im Hopfen enthaltenen Thiole an andere Moleküle gebunden, wodurch sie zu nichtaromatischen Vorläufern werden. Diese neuen gentechnisch veränderten Hefen sollen das Reservoir an Aromavorstufen anzapfen und die Menge an freien Thiolen, die für die von den Brauern gewünschten Aromen sorgen, im fertigen Bier erhöhen.

Shellhammer, der mit Richard Molitor, einem ehemaligen Doktoranden der Oregon State University, der jetzt bei der Boston Beer Company arbeitet, und einem Team von Wissenschaftlern bei Berkeley Yeast zusammenarbeitet, hat sich zum Ziel gesetzt, die Konzentration von Thiolmolekülen mit tropischen Aromen im Bier zu erhöhen, und zwar auf eine Art und Weise, die es den Brauern ermöglicht, keinen zusätzlichen Hopfen zu verwenden.

Zu diesem Zweck veränderte das Team einen Bierhefestamm gentechnisch so, dass er ein Enzym exprimiert, das die Menge von zwei tropischen Thiolen erhöht, die während der Biergärung entstehen. Dieses Enzym wandelt Thiol-Vorläufermoleküle, die geschmacklos, aber in Hopfen und Gerste reichlich vorhanden sind, in die flüchtigen Thiolmoleküle 3-Mercaptohexan-1-ol (3MH) und 3-Mercaptohexylacetat (3MHA) um. Diese beiden Moleküle sind in vielen tropischen Früchten wie Guaven und Passionsfrüchten enthalten und verleihen ihnen einen starken tropischen Geschmack.

Die Forscher der Oregon State brauten Bier mit vier Versionen des gentechnisch veränderten Hefestamms und einer herkömmlichen, nicht veränderten Version der Hefe. Die gentechnisch veränderten Stämme produzierten Bier mit einer bis zu 73- bzw. 8-fach höheren 3MH- und 3MHA-Konzentration als der ursprüngliche, nicht veränderte Hefestamm

"Als ich diese Biere verkostete, fielen mir die Augen aus dem Kopf", so Shellhammer. "Dies stellt wirklich eine Quantenverschiebung dar, nicht nur eine inkrementelle Verschiebung, was die Ausprägung dieser starken Aromen angeht.

Die mit den gentechnisch veränderten Flecken gebrauten Biere wurden als intensiv tropisch und fruchtig beschrieben und mit Aromen von Guave, Passionsfrucht, Mango und Ananas in Verbindung gebracht. Die Forscher stellten außerdem fest, dass die Hefestämme keine Fehlaromen verursachten oder den Gärungsprozess in irgendeiner Weise negativ beeinflussten.

Die für die Forschung verwendeten Hefestämme werden bereits von mehr als 100 Brauereien in den USA verwendet, so Roop. Die Attraktivität für die Brauereien liege unter anderem darin, dass Hopfen teuer sei und zudem anfällig für den Klimawandel, da er große Mengen an Wasser benötige und empfindlich auf Trockenheit reagiere.

"Die gentechnisch veränderten Hefestämme bieten den Brauern eine alternative Möglichkeit, den Geschmack tropischer Früchte zu erzeugen, ohne auf große Mengen Hopfen angewiesen zu sein", so Roop. "Dies führt auch zu einer größeren Konsistenz im Brauprozess".

Die neuen Stämme sind nicht als Ersatz für Hopfen gedacht, sondern bieten den Brauern ein neues Instrument zur Herstellung interessanter und unverwechselbarer Biere und verbessern gleichzeitig die Nachhaltigkeit der gesamten Brauereilieferkette, so Shellhammer.

Weitere Co-Autoren der Studie sind Charles Denby, Charles Depew, Daniel Liu und Sara Stadulis, alle von Berkeley Yeast.

Die Forschung wurde mit Mitteln des National Institute of Food and Agriculture des US-Landwirtschaftsministeriums unterstützt.

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