Diacetyl, czyli kiedy piwo pachnie masłem

Diacetyl (dwuacetyl, 2,3-butanodion, dwumetyloglikosal) to związek chemiczny należący do grupy ketonów. Posiada on charakterystyczny zapach kojarzący się z masłem, toffi lub kinowym popcornem. W niewielkich ilościach akceptowalny w przypadku niektórych stylów piwnych (Scotch Ale, tradycyjnych angielskich ale’ach oraz czeskich pilznerach). Poza tym, uważany jest za wadę. Dwuacetyl w niewielkich stężeniach nadaje piwu pełni i poprawia jego teksturę, z kolei w większych – sprawia, że piwo jest śliskie i męczące w odbiorze. W młodym piwie łatwy do pomylenia z aromatem słodów karmelowych. Próg wyczuwalności tego związku jest bardzo niski (0,010-0,040 mg/l), jednak jego odbiór w piwie przez konsumenta to kwestia indywidualna, a około 20 procent populacji nie wyczuwa tego związku nawet w bardzo wysokich stężeniach. 

Dwuacetyl to naturalny produkt fermentacji alkoholowej. Niezależnie od tego, czy piwowar chce czy nie, związek ten i tak pojawi się w fermentującej brzeczce. Cała rzecz polega na tym, aby piwowar pomógł drożdżom go „posprzątać”.  

Początkowo dwuacetyl kojarzono wyłącznie z wystąpieniem w piwie infekcji bakteryjnej. Pasteur jako pierwszy wskazał zależność pomiędzy występowaniem pewnych aromatów i jednoczesną obecnością konkretnych mikroorganizmów w piwie. J.L. Shimwell w 1939 roku powiązał ten związek z charakterystycznym, maślanym posmakiem, a J. Owades w swoich badaniach, prowadzonych w latach 50-tych i 60-tych XX wieku stworzył metodę pomiaru stężenia dwuacetylu oraz wykazał, że to drożdże są głównym odpowiedzialnym za jego powstawanie w piwie. Dalsze badania pozwoliły na jeszcze lepsze poznanie tego związku, jego właściwości, mechanizmu powstawania oraz sposobów jego redukcji.

Fermentacja alkoholowa to złożony i wieloetapowy proces. Lakoniczny zapis reakcji chemicznej, w której po stronie substratów znajduje się cukier, a jej produktami (dzięki udziałowi drożdży) są dwutlenek węgla i alkohol etylowy to duże uproszczenie. W trakcie trwania tego procesu powstaje około 500 rozmaitych związków chemicznych, odpowiedzialnych za bukiet smakowy gotowego piwa. Jednym z nich jest diacetyl.

Prekursorem ketonu, odpowiadającego za maślny smak piwa, jest alfa-acetylomleczan, pełniący funkcję pośrednią przy syntezie waliny, białka wykorzystywanego przy procesie podziału komórkowego. Spora część alfa-acetylomleczanu wydostaje się poza komórki drożdżowe, gdzie najpierw na drodze nieenzymatycznych przemian staje się kwasem acetylomlekowym, a następnie związek ten w obecności tlenu lub jonów miedzi i żelaza zostaje zamieniony na dwuacetyl.

Powstały w ten sposób diacetyl jest następnie wchłaniany przez komórki drożdżowe. W ich wnętrzu jest on najpierw przemieniany w acetoinę, zaś finalnym produktem szeregu reakcji wewnątrz komórkowych jest 2,3-butandiol, wydalany poza komórki. To, czy drożdżom uda się posprzątać ów „maślany rozgardiasz” częściowo zależy od nich, ale w dużej mierze to piwowar powinien zadbać o ich warunki pracy.

Zacznijmy od środowiska pracy jednokomórkowych grzybków. Pierwsze kroki ku skutecznej redukcji dwuacetylu piwowar może podjąć już na etapie zacierania. W brzeczce piwnej znajduje się odpowiednia ilość składników istotnych dla drożdży, wykorzystywanych przez nie przy podziale komórkowym. Kluczowymi związkami są aminokwasy, przede wszystkim walina i leucyna. Ogół takich związków w słodzie określany jest jako FAN (free amino nitrogen) – wolny azot aminowy. Związki te powstają w procesie słodowania ziarna, zatem zastąpienie słodu dodatkami niesłodowanym, sprawia, że ilość tych związków w brzeczce będzie mniejsza, co nie ułatwi drożdżom namnażania. Drugim kluczowym elementem jest odpowiednio wysoki poziom natlenienia brzeczki nastawnej. Tlen wykorzystywany jest przez drożdże przede wszystkim w fazie wzrostu (namnażania). W warunkach tlenowych drożdże otrzymują o wiele więcej energii podczas procesów metabolicznych niż w warunkach beztlenowych, przez co są one w stanie wytworzyć odpowiednią ilość komórek, a co za tym idzie, fermentacja przebiegnie sprawnie, a drożdże nie przemęczają się i nie „stresują się” z uwagi na dogodne warunki pracy i właściwą liczbę komórek w brzeczce.

Co do głównych sprawców posmaku masła, liczy się przede wszystkim ich żywotność. Zdrowe drożdże będą w stanie pozamiatać bałagan, którego narobiły podczas burzliwej fermentacji. Dlatego same odpowiednie warunki środowiskowe mogą okazać się niewystarczające, jeśli ich kondycja będzie pozostawiać wiele do życzenia. Innym kluczowym czynnikiem jest ilość komórek, którymi zaszczepiono brzeczkę. Jeśli będzie ich za mało, fermentacja będzie się „ślimaczyć”, a zestresowane drożdże po takim maratonie na pewno będą mocno zmaltretowane i mogą już nie być w stanie zredukować dwuacetylu. Szczepy drożdży różnią się pomiędzy sobą, jeżeli chodzi o produkcję tego związku chemicznego i w tych samych warunkach poziom produkcji przez konkretne szczepy może być zróżnicowany – od niskiego do bardzo wysokiego. Uznaje się, że szczepy mocno flokulujące radzą sobie gorzej z redukcją dwuacetylu niż drożdże pyliste, bowiem istnieje ryzyko, że opadną one zbyt wcześnie na dno, pozostawiając w piwie niezredukowany diacetyl lub jego prekursor.

W trakcie fermentacji alkoholowej, rzecz ma się inaczej w przypadku lagerów oraz piw górnofermentacyjnych. Drożdże górnej fermentacji z reguły produkują więcej diacetylu, jednak o wiele lepiej – z uwagi na temperaturę fermentacji – zachodzi redukcja tego ketonu. Najlepszym środkiem prewencyjnym jest tu brak pośpiechu. Lepiej przetrzymać nieco dłużej piwo na tym etapie, przed jego oddzieleniem od drożdży nawet jeśli według wskazań cukromierza wynika, że fermentacja już dobiegła końca. Lagery fermentują w niższym przedziale temperaturowym, przez co z jednej strony powstaje mniej diacetylu, ale z drugiej – drożdże potrzebują więcej czasu, aby zredukować jego obecność w piwie (w temperaturze 1 st. C proces ten może trwać nawet 21 dni, podczas gdy w 18 st. C – zaledwie 4). Dobrym środkiem zaradczym jest zastosowanie przerwy diacetylowej, czyli podniesienie temperatury fermentacji do około 20 st. C na okres 2-3 dni, aby drożdże zajęły się jego przetworzeniem. Według doświadczonych piwowarów najlepiej wykonać tę operację, kiedy jeszcze trwa burzliwa fermentacja, a w brzeczce znajduje się pewna ilość cukrów, które są fermentowalne. Alternatywnym rozwiązaniem jest dodanie świeżo fermentującej brzeczki (kräusening), której objętość powinna stanowić 10% gotowego piwa. Taki „mały desant” powinien skutecznie pomóc zredukować stężenie diacetylu w piwie.

Istotne jest, aby kroki te podjąć na etapie fermentacji burzliwej, przed oddzieleniem piwa od drożdży, bowiem później może okazać się, że ich ilość w dojrzewającym piwie jest niewystarczająca do reabsropcji diacetylu. Poza tym, jeśli w piwie znajduje się wciąż prekursor tego związku – alfa-acetylomleczan – w wyniku przedostania się do piwa tlenu podczas przelewania go z fermentacji burzliwej na cichą lub na etapie rozlewu, poskutkuje to obecnością maślanego aromatu, zwłaszcza, gdy piwo zostanie poddane pasteryzacji.

Istnieje prosty test, dzięki któremu można przekonać się, czy w domowym, fermentującym piwie wciąż obecny jest alfa-acetylomleczan – prekursor diacetylu. Bierzemy dwie próbki piwa, po około 100 ml, które umieszczamy w szklankach i zakrywamy je szczelnie folią aluminiową. Jedną z nich pozostawiamy w temperaturze pokojowej i będzie ona pełnić funkcję próbki referencyjnej. Drugą umieszczamy na 15-20 minut w łaźni wodnej o temperaturze wynoszącej około 65 st. C. Po upływie tego czasu wyciągamy ją, chłodzimy do temperatury próbki referencyjnej i wąchamy je obydwie. Jeśli w schłodzonej próbce wyczuwalny jest diacetyl w wyższym stężeniu niż w próbce odniesienia, to znak, że w piwie znajduje się jeszcze prekursor, który powinien zostać zredukowany przez drożdże.

Powyższe rozważania o jakości brzeczki nastawnej, stopniu jej natlenienia oraz kondycji drożdży są kluczowe w przypadku formowania się oraz późniejszej redukcji dwuacetylu, bowiem dobre warunki środowiskowe oraz kondycja Saccharomyces determinują udany przebieg tego procesu. W przypadku niespełnienia tych warunków przez piwowara, drożdże będą się męczyć w czasie fermentacji alkoholowej i najprawdopodobniej nie będą już mieć siły na zajęcie się wytworzeniem przez nie „masła w piwie”. Należy także pamiętać o kilku zasadach postępowania w czasie fermentacji. 

Diacetyl w piwie powstaje także w wyniku infekcji bakteryjnej, spowodowanej przez bakterie z grupy Pediococcus. Ich obecność w piwie objawia się także zwiększona kwaśnością w smaku i aromacie oraz zmętnieniem napoju. Z uwagi na charakterystyczną mieszankę aromatów wprowadzanych do piwa przez te drobnoustroje, odbiór diacetylu, który wyprodukowały jest o wiele bardziej nieprzyjemny, a sam fakt zakażenia - niezaprzeczalny. W tym przypadku niestety nic już nie da się zrobić, a zaistnienie takiej sytuacji to sygnał, że należy zweryfikować procedury czyszczenia i dezynfekcji sprzętu. Innym źródłem zakażenia może być gęstwa drożdżowa.

Jak widać, nie taki diabeł straszny. Znajomość kilku zasad z pewnością okaże się pomocna, aby uniknąć wystąpienia tej wady w gotowym piwie. A jeśli warzymy „Szkota” lub czeskiego pilznera, lub klona niektórych polskich piw, wtedy powyższe wywody nie mają zastosowania.

Fot.: Garitzko (CC)

Bibliografia:

Andrzej Sadownik: „Diacetyl w przelocie”, w: „Piwowar”, Nr 13 (Zima 2013),

George J. Fix: „Diacetyl: Formation, Reduction And Control”, w: „Brewing Techniques”, July/August 1993, wersja online tekstu dostępna tutaj,

Christopher White: „Brewing Science: Controlling Diacetyl”, w: „Brew Your Own”, May 1999, wersja online tekstu dostępna tutaj,

„Dealing With Diacetyl: Tips From The Pros”, w: „Brew Your Own”, November 2005, wersja online tekstu dostępna tutaj,

Terry Foster: „Diacetyl: Techniques”, w: „Brew Your Own”, July/August 2011, wersja online tekstu dostępna tutaj,

„Diacetyl: Homebrew Science”, w: „Brew Your Own”, November 2002, wersja online tekstu dostępna tutaj,

http://www.wiki.piwo.org/Diacetyl, opracowanie Dorota Chrapek i Paweł Leszczyński,

Michał Kopik: „Masło, maślanka, diacetyl”, http://piwnygaraz.pl/maslo-maslanka-diacetyl/.