Warum FAN über Ihr Bier entscheidet

Freier Aminostickstoff (FAN) ist eine entscheidende Messgröße in der Bierherstellung, die für einen korrekten Ablauf der Gärung und die Endqualität des Bieres von großer Bedeutung ist. FAN wird als Masse des assimilierbaren Aminostickstoffs pro Gewichtseinheit definiert und stammt hauptsächlich aus Malz. Er umfasst α-Aminosäuren, Ammoniak sowie kleine Peptide (Di- und Tripeptide).

Die wichtigste Rohstoffquelle bei der Bier- und Spirituosenherstellung ist die gemälzte Gerste, die mit ihrem Proteingehalt (typischerweise 10–15 % des Trockengewichts des Korns) die Hauptstickstoffquelle darstellt. Während des Mälzens aktiviert das Weichen die Enzyme, die Stärke in vergärbare Zucker und Proteine in Peptide und freie Aminosäuren umwandeln. Dieser Prozess trägt wesentlich zur Bildung von FAN bei, wobei in dieser Phase bis zu 70 % des FAN-Gehalts der späteren Würze entstehen. Die Gerstensorte beeinflusst das Gärungsergebnis erheblich: Stickstoffreiche Gerstensorten erzeugen Würzen mit höherem FAN-Gehalt, während stickstoffärmere Sorten einen höheren Kohlenhydratanteil begünstigen.

Ein weiterer entscheidender Prozessschritt, der zusätzlich zur FAN-Bildung beiträgt, ist das Maischen. In dieser Phase werden durch enzymatische Hydrolyse weitere 20–30 % des gesamten FAN-Gehalts der Würze freigesetzt und somit ein stickstoffreiches Substrat für die Gärung bereitgestellt.

Optimierung des FAN-Gehalts

Wenn Hefe angestellt wird, trifft sie auf ein chemisch komplexes Umfeld, dies ist reich an vergärbaren Zuckern (z. B. Glucose, Maltose, Fructose, Saccharose, Maltotriose), Dextrinen, stickstoffhaltigen Verbindungen, Vitaminen, Mineralstoffen und Spurenelementen. Um die Gärung einzuleiten, muss sich die Hefe rasch anpassen, indem sie den verfügbaren Stickstoff – hauptsächlich aus Aminosäuren, Peptiden, Proteinen und Nukleinsäurederivaten, die durch Proteolyse der Gersteproteine entstehen – für die Biosynthese von zellulären Proteinen, Nukleinsäuren und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen nutzt.

Über den minimalen Gehalt an freiem Aminostickstoff (FAN), der für ein ausreichendes Hefewachstum und eine effiziente Gärung in Würze mit Standardstammwürzegehalt (10–12 °P) erforderlich ist, wurde vielfach diskutiert. Ein allgemeiner Konsens legt diesen Schwellenwert bei etwa 130 mg FAN/L fest, wobei in der Literatur Mindestwerte zwischen 100 und 140 mg FAN/L angegeben werden. Während der aktiven Wachstumsphase der Hefe ist es entscheidend, den FAN-Gehalt über 100 mg/L zu halten, da Stickstoffmangel häufig zu einer verzögerten oder unvollständigen Gärung sowie zur Bildung unerwünschter Schwefelverbindungen führt. Mit fortschreitender Gärung und dem Abbau wichtiger Nährstoffe erfolgt der Übergang von der aktiven Wachstumsphase in die stationäre Phase. In dieser Phase konzentriert sich die Hefeaktivität auf die Restgärung und die Bildung von Aromastoffen, die nur geringe Mengen an FAN erfordern. Die optimalen FAN-Werte variieren je nach Gärungsprozess, Hefestamm, Zuckergehalt und Zusammensetzung der Würze. Zudem beeinflusst die FAN-Verwertung direkt die pH-Absenkung während der Gärung und dient als zuverlässiger Indikator für die Bildung von vicinalen Diketonen, Estern und höheren Alkoholen in späteren Phasen, die maßgeblich das Aromaprofil des Endprodukts prägen.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sowohl der anfängliche FAN-Gehalt der Würze als auch das Verhältnis von Aminosäuren und Ammoniumionen im Medium die Synthese von aromawirksamen Verbindungen wie Estern, Aldehyden, vicinalen Diketonen, höheren Alkoholen, organischen Säuren und Schwefelverbindungen erheblich beeinflussen. Bereits geringe Schwankungen in der Würzezusammensetzung können das Aromaprofil des Bieres deutlich verändern. Ein zu hoher FAN-Gehalt kann während der Gärung zur Bildung von Fehlgeschmackskomponenten wie Diacetyl und höheren Alkoholen führen, während ein Mangel an FAN oder Sauerstoff die Esterbildung deutlich reduziert.

Bestimmung des FAN-Gehalts: Methoden für präzises Brauen

Bei der Betrachtung der einzelnen Phasen der Bierherstellung – von der Würzebereitung bis zum Endprodukt – wird deutlich, dass die Quantifizierung des freien Aminostickstoffs (FAN) ein Schlüsselfaktor für den Hefestoffwechsel und die Effizienz der Gärung ist. Die Bestimmung erfolgt standardisiert nach validierten Analysenvorschriften, die von führenden brautechnischen Analysekommissionen festgelegt wurden. Die Mitteleuropäische Brautechnische Analysenkommission (MEBAK) beschreibt die Methode B-400.11.111, einen spektrofotometrischen Test, der auf der Reaktion primärer Amine mit Ninhydrin basiert. Dabei entsteht ein Chromophor, das bei 570 nm messbar ist; die Methode ist sowohl für Würze als auch für fertiges Bier validiert. Die European Brewery Convention (EBC) definiert die Methode 8.10.1, ein analoges manuelles spektrofotometrisches Verfahren. Obwohl hauptsächlich für Würze validiert, kann es auch auf Bier angewendet werden, wenn potenzielle Matrixeffekte berücksichtigt werden. Ähnlich beschreibt auch die American Society of Brewing Chemists (ASBC) die Methode Wort-12, die auf derselben Ninhydrin-Reaktion basiert und sowohl manuelle als auch automatisierte Ansätze unterstützt, einschließlich segmentierter Durchflussanalyse (SFA) und diskreter Analysesysteme zur Steigerung von Durchsatz und Reproduzierbarkeit. Diese Methoden zur FAN-Bestimmung in Würze und Bier sind jedoch mit Herausforderungen verbunden, darunter komplexe Probenvorbereitung, lange Analysezeiten, chemische Interferenzen, toxische Reagenzien sowie der Bedarf an speziellen Laborgeräten und geschultem Personal. Zur Bewältigung dieser Anforderungen werden einfachere, schnellere und sicherere Analysemethoden benötigt: Die FAN-Analyse sollte in allen Brauphasen möglich sein und eine Reduzierung der Probenvorbereitung sowie eine verkürzte Analysezeit sollte eine gleichbleibende Bierqualität gewährleisten.

Zur Erfüllung dieser Anforderungen bietet CDR BeerLab® eine schnelle und benutzerfreundliche Alternative. Dieses kompakte und intuitive System nutzt einen enzymatischen Test mit Mikroprobenmengen zur Quantifizierung von FAN in Würze und Bier, wodurch die Komplexität herkömmlicher spektrofotometrischer Verfahren umgangen wird. Durch den Einsatz gebrauchsfertiger Reagenzienkits und eines optischen Detektionssystems vereinfacht CDR BeerLab® die Analyse, verkürzt die Vorbereitungszeit und reduziert die Anforderungen an die Bedienerqualifikation. Einer seiner größten Vorteile ist die Schnelligkeit – Ergebnisse liegen in weniger als fünf Minuten vor, was ihn zu einem idealen Partner bei der Überwachung von Gärung und Würzequalität in Echtzeit macht. Zudem entfällt der Einsatz umfangreicher Glasgeräte und aufwendiger Probenhandhabung, was das Risiko von Bedienungsfehlern deutlich verringert. Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit wurden im Vergleich zu konventionellen Methoden validiert und liefern verlässliche Ergebnisse ohne Fachpersonal oder voll ausgestattetes Labor. CDR BeerLab® eignet sich sowohl für Handwerks-Brauereien als auch für industrielle Produktionsstätten und Destillerien und ermöglicht eine kontinuierliche FAN-Überwachung zur Optimierung der Hefeleistung und Gärungskonsistenz.

CDR BeerLab® und Doemens: Eine Vergleichsstudie

Historische Brauereiuniversitäten und -institute wie die renommierte Doemens Akademie in München spielen seit jeher eine zentrale Rolle bei der Bewahrung der Braukunst und der Weiterentwicklung der Brauwissenschaft. Als weltweit führende Bildungseinrichtung im Bereich des Brauwesens bildet Doemens unzählige Studierende in den komplexen Aspekten des Bierbrauens aus und verbindet dabei traditionelle Ansätze mit modernster Technologie. Angetrieben von einem ausgeprägten Innovationsgeist erforscht Doemens fortlaufend neue Methoden zur Messung kritischer Parameter wie des freien Aminostickstoffs (FAN), der für eine optimale Gärung und Bierqualität entscheidend ist.

Vor einiger Zeit initiierte Doemens eine Zusammenarbeit mit CDR zur Evaluierung der Methode des CDR BeerLab® zur FAN-Analyse im Vergleich zur Referenzmethode MEBAK B-400.11.111. Im Rahmen der Studie wurden verschiedene Bierproben mit unterschiedlichen FAN-Gehalten sowohl mit dem CDR BeerLab® als auch mit der standardisierten spektrofotometrischen Methode (EBC Analytica 8.10) analysiert. Die Ergebnisse zeigten eine ausgezeichnete lineare Korrelation über den gesamten Messbereich und mit einem Bestimmungskoeffizient von R2 = 0,9971 (siehe Abb. 1). Diese Korrelation blieb unabhängig vom Bierstil, der Farbe oder dem FAN-Gehalt der Proben konstant. Diese hohe Übereinstimmung bestätigt CDR BeerLab® als zuverlässiges, schnelles und vielseitiges Instrument zur Bestimmung von FAN und unterstreicht gleichzeitig die führende Rolle von Doemens bei der Entwicklung praxisorientierter Lösungen für die Braubranche.

Schlussfolgerungen

CDR BeerLab® stellt im Vergleich zu traditionellen Methoden, wie dem spektrofotometrischen Ninhydrin-Test für die FAN-Analyse, eine schnelle, benutzerfreundliche und zuverlässige Alternative dar. Das System reduziert das Proben- und Reagenzvolumen erheblich, verkürzt die Analysezeit auf wenige Minuten und arbeitet ohne komplexe Laborausstattung oder speziell geschultes Personal. Durch die präzise Bestimmung des freien Aminostickstoffs (FAN) ermöglicht CDR BeerLab® Brauereien fundierte, datenbasierte Entscheidungen zur Optimierung der Gärung und zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Bierqualität. Das System unterstützt eine Echtzeit-Überwachung des FAN-Gehalts direkt in der Brauerei und erlaubt darüber hinaus die Analyse weiterer wichtiger Parameter. Eine Vergleichsstudie mit der Doemens Akademie bestätigte die hohe Genauigkeit des Systems (R2 = 0,9971) im Vergleich zur offiziellen Methode und belegt dessen Zuverlässigkeit auch bei verschiedenen Bierstilen – unabhängig von Farbe oder FAN-Gehalt. Damit ist CDR BeerLab® ein effizientes und vielseitig einsetzbares Werkzeug für die routinemäßige FAN-Bestimmung sowohl in handwerklichen als auch in industriellen Brauereien.

Quellen

1. Briggs, D. E.; Boulton, C. A.; Brookes, P. A.; Stevens, R.: Raw materials. In Brewing: Science and Practice, Woodhead Publishing, 2018, S. 1–38. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102079-1.00001-1.
2. Hill, A. E.; Stewart, G. G.: Free amino nitrogen in brewing. Fermentation, 2019, 5(1), 22. https://doi.org/10.3390/fermentation5010022.
3. European Brewery Convention (EBC). (n.d.). EBC Analytica 8.10.1 – Free Amino Nitrogen in Wort by Spectrophotometry (Manual Method). BrewUp, The Brewers of Europe. Abgerufen auf https://brewup.eu/ebc-analytica/wort/free-amino-nitrogen-in-wort-by-spectrophotometry-manual-method/8.10.1.
4. American Society of Brewing Chemists (ASBC). (n.d.). ASBC Wort-12 – Free Amino Nitrogen. ASBC Methods of Analysis. Abgerufen auf https://www.asbcnet.org/Methods/Wort/Wort-12.
5. Mitteleuropäische Brautechnische Analysenkommission (MEBAK). (n.d.). MEBAK B-400.11.111 – Free Amino Nitrogen (FAN) – Ninhydrin Method (Spectrophotometric). MEBAK Brewing Analysis Guidelines.

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