Diacétyle : Sources

Dans la famille des dicétones vicinales (VDK), il y en a deux qui sont les plus importantes pour les brasseurs : le diacétyle (2,3-butanedione) et la pentanedione (2,3-pentanedione). Le seuil de saveur du pentanedione est dix fois supérieur à celui du diacétyle, ce qui fait du diacétyle la principale préoccupation. Les tests olfactifs décrivent le diacétyle comme de la margarine au caramel ou au pop-corn, et la pentanedione a des notes de miel, de beurre, de caramel et est généralement sucrée. Ils sont considérés comme des défauts dans la plupart des styles, mais sont acceptables dans certaines bières britanniques et tchèques. Il est plus facile d'identifier les VDK dans les bières moins intensément aromatisées ; les bières blondes aromatisées plus corsées peuvent avoir un seuil de diacétyle de 0,1 ppm, tandis que les bières blondes légères peuvent nécessiter des niveaux de 0,02 ppm ou moins. (Bamforth, 2014)

Figure 1 - Carte de formation des composés d'arôme de bière dérivés de la levure (Briggs, et al., 2004)

La synthèse de la valine et de l'isoleucine forme du diacétyle et de la pentanedione comme sous-produits. Les acétohydroxyacides α-acétolactate et α-acétohydroxybutyrate sont formés par la levure lors de la fermentation dans le moût. Les acides acétohydroxy réagissent dans une décarboxylation oxydative pour former les VDK. Plus tard dans la fermentation, les VDK sont absorbés par la levure et réduits pour créer des composés avec des seuils de saveur plus élevés. Le diacétyle forme de l'acétoïne et du 2,3-butanediol; et la 2,3-pentanedione forme le 2,3-pentanediol. (Briggs, et al., 2004) Une autre source de VDK provient des réactions de Maillard qui se produisent lors du maltage et de l'ébullition du moût. (Cha, et al., 2019)

De plus, la contamination des bactéries Lactobacillus et Pediococcus doit faire l'objet d'une évaluation car elles peuvent contribuer au diacétyle. (Boulton & Quain, 2001) Contrôler l'absorption d'azote aminé libre pendant la fermentation primaire, réduire le taux de synthèse de la valine et de l'isoleucine et augmenter le taux de réduction pendant la maturation sont autant de méthodes potentielles pour réduire la quantité totale de VDK dans la fermentation finale. produit.

Figure 2 - Voies de formation des VDK courants (Briggs et al., 2004)

Bien qu'il soit possible de mesurer les VDK par spectrophotométrie, ce n'est pas une méthode fiable car elle ne mesure pas les composés précurseurs. Comme la levure peut éliminer le diacétyle du produit fini, il est essentiel d'utiliser un chromatographe en phase gazeuse pour déterminer le VDK total car cela donnera une meilleure indication de la quantité de diacétyle dans le produit emballé après l'élimination de la levure du filtrage. Le chauffage de l'échantillon avant le test permettra d'identifier le nombre total de VDK. (Bamforth, 2014) La chaleur accélérera l'oxydation de l'α-acétolactate et de l'α-acétohydroxybutyrate afin que les VDK puissent être détectés car il n'y a pas assez de temps pour que la levure réabsorbe les VDK avant le test.

L'utilisation d'adjuvants dans le brassage de production peut modifier la quantité d'azote aminé sans moût (FAN) car les adjuvants ont des quantités inférieures à celles du malt d'orge. Les brasseurs doivent maintenir les niveaux de FAN entre 150 et 350 mg/L, ce qui se traduit par un niveau complémentaire inférieur à 40 %, ou lors du brassage avec de l'orge, les niveaux de protéines des factures de malt doivent être inférieurs à 12,5 %. (Carey & Grossman, 2006) Trop de mousse d'Irlande (carraghénane) utilisée dans l'ébullition peut réduire la quantité d'azote aminé libre par coagulation, elle n'est généralement pas recommandée pour les bières avec des niveaux élevés d'additifs. (Palmer, 2017)

Des taux d'ajout élevés peuvent conduire à un produit avec des taux de VDK plus élevés. Une augmentation de 20 à 40% d'adjuvant peut doubler le diacétyle, le diacétyle doublant à nouveau de 40 à 50%. Cependant, des techniques de maturation appropriées peuvent encore les réduire à des niveaux acceptables, en s'assurant que la levure est saine, avec un nombre élevé de cellules, avec une température plus élevée, la levure terminera la réduction VDK plus tôt (Meilgaard, 1999)

Figure 3 - Voies de réaction de Maillard (Briggs, et al., 2004)

Une source de produits chimiques précurseurs pour les VDK peut provenir des réactions de Maillard, un type de brunissement non enzymatique qui est une réaction entre le groupement carbonyle des sucres réactifs et les acides aminés. Ils se produisent le plus facilement dans des environnements à températures élevées, à faible taux d'humidité et à alcalinité accrue. Le processus de maltage est une source de ces précurseurs avec les malts cristal et caramel ayant les niveaux les plus élevés : le brassage de type décoction et l'ébullition du moût étant des sources supplémentaires. (Evans, 2012) Lors de l'ébullition, la fragmentation de la dioxyosone conduit à l'α-dicarbonyle, qui est un précurseur du diacétyle. (Briggs, et al., 2004) Des niveaux plus élevés de VDK sont répandus dans les milieux monosaccharidiques que dans ceux contenant des moûts riches en disaccharides. (Cha, et al., 2019)

La gravité de départ du moût peut affecter les performances globales de la fermentation. Un nombre de cellules plus élevé et une aération peuvent aider avant la fermentation. L'ajout d'une deuxième dose d'oxygène entre 12 et 18 heures après le début de la fermentation peut accélérer le temps de fermentation global et l'atténuation globale. La levure peut absorber la deuxième dose d'oxygène assez rapidement pour la régénération de la membrane cellulaire. Il peut augmenter la vitesse de fermentation primaire jusqu'à 33 % et aide à réduire le diacétyle. (Blanc et Zainasheff, 2010)

La plupart des souches de levure produisent des VDK à un rythme similaire, mais l'absorption en fin de fermentation peut varier considérablement d'une souche à l'autre. Les levures hautement floculantes et peu respiratoires ont tendance à avoir des niveaux de VDK plus élevés après la fermentation. (Carey & Grossman, 2006) Les souches de levure floculantes modérées ont tendance à produire les bières avec le moins de saveurs désagréables car les cellules restent en suspension plus longtemps car elles peuvent effectuer un niveau d'atténuation plus élevé et réduire les VDK à des niveaux plus élevés. (Blanc et Zainasheff, 2010)

Lors de la propagation de la levure, la santé et la mutation de la souche grâce au réensemencement dépendent de plusieurs facteurs. Les considérations sont les mutations chromosomiques potentielles auxquelles la souche a accès, le taux de mutation isolée et le nombre de générations utilisées avant la propagation à partir du fournisseur ou de l'échantillon de croissance. (Large, et al., 2020) En général, l'activité métabolique diminue et augmente les arômes indésirables tels que les acides organiques, les esters, les alcools supérieurs, les aldéhydes et le diacétyle, après environ 14 réintroductions. (Kočar, et al., sd)

Le moût est un milieu dans lequel de nombreux organismes peuvent prospérer, donc pour décourager la contamination microbiologique et favoriser une fermentation dominante de Saccharomyces, le processus est démarré à une température plus froide pour permettre à la levure de réduire les risques de croissance d'autres organismes. La plupart de la croissance des levures commence dans la première moitié de la fermentation, l'utilisation de températures de fermentation plus froides aide à contrôler les sous-produits de la croissance des levures. Un démarrage trop chaud peut entraîner une fermentation qui s'accélère trop rapidement en utilisant entièrement l'extrait, ce qui entraîne une levure avec une faible floculation et une santé réduite de la levure pour les lots futurs. (Carey & Grossman, 2006) Les fermentations qui ne parviennent pas à atteindre la gravité terminale appropriée peuvent laisser de grandes quantités de diacétyle dans le produit final car le temps de réabsorption était insuffisant. Une cause potentielle de cela peut être une diminution du niveau d'oxygène dans le moût par des niveaux d'aération moins favorables au tangage. (Blanc et Zainasheff, 2010)

Au fur et à mesure que la bière termine la fermentation initiale, la levure commence à réabsorber les VDK créés. Au fur et à mesure que la fermentation ralentit et que le krausen commence à s'effondrer, la levure commence à floculer et à se déposer au fond du fermenteur. Si cela se produit sans atteindre la gravité terminale, la bière doit recevoir une action corrective consistant à réveiller la levure, à augmenter la température de fermentation ou à ajouter de la levure supplémentaire. (Blanc et Zainasheff, 2010)

Bien que la bière ait atteint la gravité terminale, il est essentiel de ne pas se précipiter trop rapidement dans la période de vieillissement secondaire. Le refroidissement du fermenteur oblige la levure à entrer en dormance, à coaguler et à se déposer. Appliqué trop tôt, il empêche la levure de convertir correctement les VDK restants. Une bonne gestion de la cave permet à la levure de métaboliser tout diacétyle. (Blanc et Zainasheff, 2010)

Figure 4 - Niveaux typiques de diacétyle pendant la fermentation primaire (White, nd)

La dernière source de production potentielle de VDK est l'introduction d'organismes de détérioration de la bière tels que Lactobacillus ou Pediococcus, tous deux appartenant au groupe des bactéries lactiques. Les bactéries lactiques forment de l'acide lactique à partir du sucre, des graisses et des protéines. (Bintus, 2018) Un autre contaminant dans la bière blonde est Pediococcus car il contribue à la formation de diacétyle, de turbidité et d'acide; conjointement pour former des polysaccharides extracellulaires qui apparaissent comme une substance visqueuse "cordante". (Priest, 2012) Les deux produisent du diacétyle en conjonction avec de l'acide lactique. (Boulton et Quain, 2001)

Diacétyle : Solutions

S'assurer que le grain peut fournir la bonne quantité de FAN et plus particulièrement de valine est une première étape pour réduire les VDK. Cependant, changer le pourcentage de malt modifierait les coûts des matériaux et modifierait le profil aromatique global du produit fini. Le remplacement de l'orge par des additifs non maltés peut avoir des effets néfastes sur les niveaux de FAN et d'azote du moût, entraînant un pH du moût plus élevé. (Schnitzenbaumer, et al., 2012) Les bières fabriquées avec des niveaux élevés d'additifs peuvent avoir un FAN inférieur et compléter le moût avec 100-300mg/L de L-Valine aiderait à la performance de fermentation avec une diminution globale de la quantité maximale de diacétyle et de pentanedione. (Krogerus & Gibson, 2013) D'autres acides aminés tels que la L-lysine et la L-méthionine peuvent contribuer à la vitesse de fermentation, mais n'ont pas de voie connue pour leur effet sur la production de VDK. Alors que la L-Lysine réduit le temps de fermentation, elle augmente le taux de production de VDK. De plus, alors que la L-méthionine peut réduire la formation de VDK, elle augmente la durée de la fermentation primaire. (Stewart, et al., 2013)

Comme des niveaux d'appoint allant jusqu'à 40 % ont généralement des niveaux acceptables d'enzymes et d'acides aminés pour le brassage (Schnitzenbaumer, et al., 2012), la préoccupation prédominante est le pH global du moût. La diminution du pH du moût pour s'assurer qu'il est proche de l'objectif visé permettrait au moût en fermentation d'avoir une vitesse de réaction accrue pour la décarboxylation oxydative de l'α-acétolactate en diacétyle, permettant à la levure de réabsorber les VDK plus tôt dans la fermentation primaire. (Krogerus & Gibson, 2013)

La santé des levures est essentielle à une bonne réduction de VDK. La récolte de levure doit avoir lieu dès qu'elle flocule et être stockée à 0-4°C et utilisée dans les 72 heures. Une levure moins saine augmente les chances d'avoir des niveaux de VDK plus élevés à la fin de la fermentation primaire. Plusieurs facteurs peuvent être une faible vitalité de la levure, des quantités de poix réduites et une mauvaise aération du moût. (Carey & Grossman, 2006) Pour le moût à haute gravité, s'assurer qu'il y a un taux de tangage minimum de 1,4 million/mL/°P facilitera la fermentation globale, ainsi que l'augmentation de la température de fermentation après 48 heures après l'inoculation. (Blanc et Zainasheff, 2010)

L'ensemencement de la levure à une température de fermentation initiale plus chaude que la normale est une méthode défavorable pour surmonter des taux d'ensemencement inférieurs. Bien que cette méthode ne crée pas directement de VDK, elle augmente les niveaux d'α-acétolactate pendant la phase de latence de la fermentation. L'utilisation de températures de fermentation initiales plus froides fournit une phase de réplication cellulaire plus contrôlée, ce qui se traduit par une meilleure santé des levures, moins d'arômes traversant les membranes cellulaires et un profil d'arôme global plus propre. (Blanc et Zainasheff, 2010)

Les brasseurs peuvent estimer le temps et la température nécessaires pour un repos VDK. Bien que l'utilisation de la chromatographie en phase gazeuse et des tests au diacétyle forcé soit la meilleure pratique, il est possible de prévoir le calendrier de production requis pour la réduction des VDK.

Équation 1 - Estimation de la durée de repos VDK (Carey et Grossman, 2006)

Cette équation permettrait au service cave de déterminer une température et une durée de repos VDK favorables à l'équipement et à l'ordonnancement et aux contraintes de production. (Carey et Grossman, 2006)

La bière contenant de grandes quantités de diacétyle peut être aidée dans sa réduction en ayant un temps de maturation plus long ou en utilisant Krausening. En ajoutant une bière fraîchement fermentée au produit de vieillissement élevé VDK, il est possible d'augmenter l'absorption des VDK. Une procédure standard consiste à utiliser environ 10 à 15 % en volume de bière dans les 18 à 24 premières heures de fermentation du produit de vieillissement. (Carey et Grossman, 2006)

Des méthodes supplémentaires consistent à compléter l'enzyme ALDC qui se produit naturellement dans la levure et à utiliser des cellules de levure immobilisées. (Escarpment Labs, 2020) L'α-acétolactate décarboxylase catalyse la décarboxylation non oxydative de l'α-acétolactate en acétoïne. Cette réduction de la quantité d'α-acétolactate empêche la conversion en diacétyle. (Krogerus & Gibson, 2013) Outre les tabous liés à l'utilisation d'enzymes de production après l'ébullition (Escarpment Labs, 2020), cette méthode peut être très coûteuse par lot et nécessite un investissement initial lourd avec l'application de la technologie d'encapsulation enzymatique. . (Krogerus & Gibson, 2013) Une autre méthode de production technologique est la méthode Sinebrychoff où la bière passe à travers de la levure immobilisée pour convertir rapidement l'excès de VDK. Cette méthode peut être coûteuse car un investissement supplémentaire en équipement est nécessaire. (Krogerus & Gibson, 2013) D'autres défis sont présents car ce processus affame la levure immobilisée, nécessitant un rafraîchissement constant. (Laboratoires de l'escarpement, 2020)

Comme il existe de multiples sources d'augmentation des VDK dans la production de bière blonde, plusieurs peuvent améliorer la qualité du produit avec un investissement minimal. Les principales méthodes de contrôle de l'absorption des FAN pendant la fermentation initiale, de réduction du taux de synthèse de la valine et de l'isoleucine et de l'augmentation du taux de réduction pendant la maturation réduisent toutes la quantité totale de VDK dans le produit final. Les méthodes les plus pratiques pour obtenir ces résultats consistent à s'assurer que le pH du moût pendant l'ébullition est constant, à fournir à une levure saine un tangage, une nutrition et des niveaux d'oxygène appropriés, et à sélectionner des températures de fermentation adéquates pour réduire les dicétones vicinales.

Les références

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