Gesellschaft zur Förderung von Medizin-,
Bio- und Umwelttechnologien e. V.

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In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der fermtec GmbH Berlin und der Brauerei Landsberg GmbH entwickelt die GMBU e. V. ein Analysesystem für Diacetyl und 2,3-Pentandion in Biermatrices. Diese vicinalen Diketone (VDK) entstehen während der Biergärung und –reifung und zeichnen sich bereits in niedrigen Konzentrationen durch ein intensives und unerwünschtes Fehlaroma aus.
Während der Fermentation nimmt die Konzentration dieser Stoffe zu, die aber wieder von den Hefen selbst abgebaut werden. Damit ein „buttriges“ Bieraroma verhindert werden kann, ist es erforderlich, die Hefeabtrennung im Brauprozess dann einzuleiten, wenn die Ketonkonzentration am niedrigsten ist, wobei hier auch die Vorstufen der VDK mit betrachtet werden müssen. Dafür ist eine zeitnahe Erfassung erforderlich.

Dies soll über ein Fließ-Injektions-Analyse (FIA)-Verfahren realisiert werden, das eine automatisierte, kontinuierliche Messung der Analyten während des Gärprozesses ohne komplizierte Probenvorbereitung ermöglicht. Dafür ist der eigentlichen Analyse eine Abtrennung der Zielkomponenten durch ein Membrantrennmodul vorgeschaltet. Somit werden mögliche Störkomponenten aus der komplexen Biermatrix abgeschieden und eine optisch klare Analysenlösung erzeugt. Dem Membranmodul ist ein Heizelement zur Umsetzung der Vorstufen vorgelagert, welches optional zugeschaltet werden kann. Im Ergebnis der Messung können somit wahlweise die vicinalen Diketone (Kurzzeitwert) oder die Summe der vicinalen Diketone und ihrer Vorstufen (Langzeitwert) ausgewiesen werden.

Zentrales Element im FIA-System ist ein Enzym-Durchflussreaktor, in dem der Analyt unter NADPH-Verbrauch reduziert wird. Die Messung erfolgt indirekt über eine fluorimetrische Detektion von NADPH. Das Co-Substrat NADPH wird bei der enzymatischen Umsetzung der Analyten zu NADP+ oxidiert, so dass ein niedrigeres Fluoreszenzsignal von NADPH auf einen erhöhten Diketongehalt schließen lässt.

Im Enzymreaktor liegt das Enzym Ketoreductase, eine Form der Alkoholdehydro-genase, kovalent gebunden auf mikroporösen Glasträgern vor. Das verwendete Enzym reduziert in Abhängigkeit von NADPH spezifisch Ketone. Der Enzymreaktor ist wechselbar und kann somit aus dem Analysesystem ausgebaut und zwischengelagert bzw. bei Bedarf ausgetauscht werden. Es sollen Messzyklen von 20 – 30 Minuten erzielt werden, was einen weiteren wesentlichen Vorteil zu den aufwendigen, konventionellen Analysemethoden darstellt. Durch die vergleichsweise schnelle Ergebnisbildung wird das Verfahren für Maßnahmen der Prozessführung bei der Biervergärung und -reifung interessant. Als Standzeit für den Enzymreaktor werden mindestens 6 Wochen, als Lagerzeit mindestens 6 Monate angestrebt.