Assessment of factors influencing the antioxidant capacity and flavour stability of beer

Abstract

Controlling beer flavour stability is of high importance to brewers because of export and extended storage of packaged beer. Antioxidant (AO) capacity has been claimed to be a major factor affecting the rate of beer staling. However, there is no consensus in the literature on the relative significance of oxidative vs. non-oxidative staling in beer packaged using modern methods enabling low oxygen concentrations (50-450 ppb) in the package.

The current thesis aimed to investigate the relationship between AO capacity and beer staling by measuring the AO capacity and monitoring aldehyde formation in 35 commercial beers from Finnish breweries. Staling was evaluated by monitoring the formation of 6 aldehyde compounds by gas chromatography. Principal component analysis and partial least squares regression were used to search for correlations in the data. In order to evaluate the effect of the yeast on the AO capacity and ageing of beer, 0,1 ml – 1,5 l scale fermentations were conducted with top and bottom fermenting industrial brewing yeast strains as well as strains from VTT culture collection.

PCA analysis revealed a positive correlation between the AO capacity and the apparent extract of the commercial beers. A positive correlation was found between the metal-chelation ability and the bitterness of the beer. No significant correlation between AO capacity and staling of the commercial beers was discovered. The relationship between the two factors suggested by previous research may have been obscured by varying oxygen, aldehyde precursor and amino acid concentrations, as well as differences in the manufacturing process between breweries.

The fermentations in 100 ml volume using two different commercial lager yeast strains resulted in significant differences in the AO capacity of the beers. In an ageing test, a beer with lower AO capacity showed a two to sixfold larger increase in each aldehyde concentration. This suggested a relationship between AO capacity and beer staling, which, however, would only be applicable to beers produced from identical raw materials.

Beer AO capacity varied less between 1,5 l fermentations, most likely due to yeast flocculation in the tall tube fermenters. By monitoring the time-course of the AO capacity during one of the 1,5 l fermentations, a near-instantaneous decrease in AO capacity was discovered after pitching.

Oluen maun säilyvyyden hallinta säilytyksen ja kuljetuksen aikana on tärkeää panimoille. Antioksidanttikapasiteetin (AO-kapasiteetin) on katsottu olevan tärkeä tekijä oluen maun säilyvyydelle. Aiemmat tutkimukset eivät kuitenkaan ole yksimielisiä siitä, miten tärkeitä hapettumisreaktiot ovat oluen pilaantumiselle ei-oksidatiivisiin reaktioihin verrattuna modernissa pakatussa oluessa, jonka happipitoisuus on hyvin alhainen (50 – 450 ppb).

Tässä diplomityössä tutkittiin antioksidanttikapasiteetin ja oluen pilaantumisen välistä yhteyttä mittaamalla 35 suomalaisten panimoiden tuottaman kaupallisen oluen AO-kapasiteetti ja seuraamalla kuuden eri aldehydin muodostumista oluissa vanhennuskokeissa kaasukromatografian avulla. Mittaustuloksista etsittiin riippuvuussuhteita pääkomponenttianalyysin ja pienimmän neliösumman menetelmän avulla. Hiivan vaikutusta arvioitiin 0,1 – 1,5 l koefermentointien avulla. Fermentoinneissa käytettiin sekä panimoilta saatuja hiivakantoja että VTT:n kantakokoelman panimohiivakantoja.

Pääkomponenttianalyysin avulla löydettiin positiivinen riippuvuus AO-kapasiteetin ja näennäisen uutepitoisuuden välillä, sekä metallikelaatiokyvyn ja katkeruuden välillä. Merkittävää riippuvuutta AO-kapasiteetin ja kaupallisten oluiden vanhenemisen välillä ei löydetty. Tulokset viittaavat siihen, että vaihtelevat tuotanto- ja pullotusolosuhteet, sekä vaihtelevat pilaantumisreaktioiden lähtöainepitoisuudet luultavasti estivät aiempien tutkimustulosten kaltaisen riippuvuuden löytymisen.

Kahden kaupallisen lagerhiivan koefermentointien tuloksena saatiin kaksi AO-kapasiteetiltään hyvin erilaista olutta. Vanhennuskokeissa eri aldehydien konsentraatiot kasvoivat kahdesta kuusinkertaisesti oluessa jolla oli näistä kahdesta pienempi antioksidanttikapasiteetti. Tulos viittaa riippuvuuteen samalla tavoin valmistettujen oluiden AO-kapasiteetin ja vanhenemisen välillä. 1,5 l fermentoinneissa havaittiin pienempää vaihtelua AO-kapasiteetissa kuin 100 ml mittakaavassa. Seurattaessa erään oluen AO-kapasiteettia fermentoinnin aikana, havaittiin välitön muutos hiivan lisäämisen jälkeen.