Om estrar

 

Jag har länge dragit mig för att skriva om estrar. Och det främsta skälet är att det till skillnad från exempelvis diacetyl är ganska invecklat och svårbegripligt. Men till slut övervann önskan att faktiskt förstå det hela bättre; det bästa sättet att faktiskt förstå något ordentligt är att försöka förklara det för andra. Så jag fräschade upp mina grundkunskaper från "Yeast" (White & Zanaisheff), köpte in öljäsningsbibeln "Brewery Yeast & Fermentations" (Boulton & Quain) samt läste ett gäng vetenskapliga artiklar. Men vi tar det från början.

Vad är estrar?

Estrar är en grupp av ämnen som är uppbyggda av en alkohol och en organisk syra. Exempelvis bildar etanol (etylalkohol) och ättiksyra (acetat) estern etylacetat. Estrar bildas dock inte särskilt effektivt endast genom att blanda en alkohol och en organisk syra; något som katalyserar reaktionen krävs för att det ska bli någon verkstad att tala om. En vanlig katalysator är svavelsyra, vilket kanske en del av oss minns från kemilaborationerna i skolan. Vid alkoholjäsning är det dock enzymer tillhandahållna av jästen som agerar katalysatorer. Potentiellt kan uppåt 100 olika estrar förekomma i öl, men bland de vanligaste kan nämnas

• etylacetat (etanol + ättiksyra), smakar päron, äpple och lösningsmedel (det sistnämnda vid höga halter)
• isoamylacetat (isoamylalkohol + ättiksyra), smakar (skum)banan
• isobutylacetat (isobutylakohol + ättiksyra), smakar ananas
• ethylcaproat (etanol + kapron/hexan-syra), smakar äpple

Såväl organiska syror som alkoholer produceras av jästen, även om malten också kan bidra med en del syror.

Hembryggningslore

I hembryggarvärlden cirkulerar och florerar en massa hobbyteorier och missuppfattningar om vad som påverkar esternivåerna. Till exempel kan man läsa om att "underpitchad jäst blir stressad och skapar mer felsmaker/estrar"*. Till att börja med är det högst oklart vad som i sammanhanget avses med jäststress. Och när man läser den seriösa litteraturen så är det inte något behandlas samband med esterbildning.

En relaterad missuppfattning är att mindre jästgivor gör att jästen förökar sig mer vilket ger mer estrar. Detta är något av ett dubbelfel då (1) mindre jäst ger mindre absolut förökning och (2) mindre förökning ger mer estrar. Jag ska återkomma till (2) senare, men man kan konstatera att dessa två fel tar ut varandra och leder till den korrekta slutsatsen att mindre jästgiva gynnar esterbildning.

Motsägelsefull brygglitteratur

Även om man vänder sig till mer seriös litteratur så kan man ibland stöta på motstridiga uppgifter. Till exempel så hävdar såväl "Technology Brewing and Malting" (Kunze) som "Principles of Brewing Science" (Fix) att ökande jästgivor ger mer estrar. Samma sak för syrets roll; mer syresättning ger mer estrar enligt båda. Detta står i direkt motsats till vad som hävdas av exempelvis White/Zanaisheff och Boulton/Quain (samt samtliga av de vetenskapliga artiklarna jag läste).

Detta leder förstås till frågan om vilka källor man ska lita på i sammanhanget. Med tanke på att Fix har varit ute och svävat en del just vad gäller jäsning, så väljer jag faktiskt att på det stora hela bortse ifrån honom. Kunze känns stabilare, men även han är ute och cyklar när han påstår att 3-5 procent av det jäsbara sockret änvänds för respiration. Jag föredrar nog att främst förlita mig på texter skrivna av mikrobiologer, och i synnerhet Bolton & Quain. Dock har den sistnämnda boken precis som Fix bok en del år på nacken, så jag är öppen för att det eventuellt kan ha framkommit kompletterande kunskap sedan dess.

Väderhäftigheter

Trots allt finns det en del sakförhållanden som förefaller väl belagda:

• mer jäst ger mer tillväxt
• mer jäst ger mindre estrar
• högre OG ger mer estrar
• högre jästemperatur ger mer estrar
• högre tryck ger mindre estrar

När man försöker förstå varför det förhåller sig på dessa vis så blir det genast mer komplicerat. Boulton & Quain är väldigt tydliga med att de exakta mekanismerna bakom esterbildning ej fullt ut är utredda. Dock finns det en hel som vi faktiskt vet, och resten av inlägget ska ägnas främst åt detta, där osäkerheter på förekommen anledning påtalas.

Acetyl-CoA

En central molekyl i många metaboliska processer är acetyl-koenzym A, eller kortare acetyl-CoA. Den kallas även för aktiverad ättiksyra, och bildas genom att ättiksyra (acetat) reagerar med ett enzym som heter koenzym A. Acetyl-CoA kan sedan delta i diverse vidare reaktioner, varav en del skissas i figuren ovan. En sådan reaktion är att acetyl-CoA reagerar med en alkohol - under inverkan av en annan familj av enzymer som heter acetyl-alkohol-transferase - och bildar motsvarande ester + vatten (och koenzym A frigörs åter).

Acetyl-CoA ligger alltså bakom acetatestrar. Estrar baserade på andra syror har motsvarande aktiverade syror, vilka allmänt kallas acyl-CoA. Vi ska dock fokusera på acetatestrar och acetyl-CoA för att hålla framställningen enklare och renare. Resonemangen nedan är giltiga även för generella aktiverade syror (acyl-CoA) och motsvarande estrar.

Av ovanstående inser man snabbt att allting som påverkar mängden tillgänglig acetyl-CoA potentiellt kan påverka esternivåerna. Samma sak för alkoholerna**; etanol kommer det förstås alltid finnas god tillgång på, och övriga alkoholer har jag redan diskuterat här. Tillgången på enzymerna är förstås också en faktor, och den styrs nästan enbart av genetiska faktorer.

Acetyl-CoA används i många processer för att bygga nya celler, och därför kommer alla faktorer som gynnar jästtillväxt (t.ex. syre) bidra till lägre nivåer av acetyl-CoA som är tillgänglig för esterbildning. Man skulle förstås kunna tänka sig att jästtillväxt samtidigt stimulerar tillverkningen av acetyl-CoA, det är det Fix använder som motivation till att ökad tillväxt leder till mer estrar. Men en sådan eventuell effekt balanserar i så fall inte den ökade användningen av acetyl-CoA för tillväxt. Ty det finns tydliga data som visar att såväl nivåerna av acetyl-CoA som hastigheten*** på esterbildningen ökar markant när celldelningen börjar avta en bit in i jäsningen.

Däremot kan produktionen av acetyl-CoA påverkas av annat. Exempelvis har koldioxid en hämmande effekt. Det är därför tryckjäsning - vilket ger högre koldioxidnivåer - leder till såväl lägre tillväxt som mindre estrar. Så i denna kontext är det faktiskt så att jästtillväxt och esterbildning har en positiv korrelation, och det är ytterligare ett exempel på att korrelation inte medför orsakssamband****.

Varför bildar jästen estrar?

Ovan har jag redogjort för hur estrar bildas, men inte varför jästen bildar dem. Eller bättre evolutionsbiologiskt uttryckt; vad vinner jästen evolutionärt på det? Det kräver trots allt en del metabolisk energi. En hypotes är att jästcellen gör sig av med ämnen som har en viss toxisk effekt vid höga nivåer, i synnerhet högre alkoholer och fettsyror. En annan förklaring är att jästen vill behålla balans mellan koenzym A och aktiverade syror. Det sistnämnda får jag villigt erkänna att jag inte riktigt förstod, vilket ger en tydlig indikation på att det nog är dags att sluta nu.

 

 

* En variant på detta är att jästen måste "jobba hårdare". Som om det vore negativt för jästen ätt jäsa socker.

** Dock verkar nivåerna av olika alkoholer ha en högst modest effekt på esternivåerna.

*** Per förbrukad sockerenhet ska tilläggas. Det bildas mest estrar tidigt i jäsningen samtidigt som reproduktionen går på högvarv helt enkelt för att jäsningsaktiviteten är intensivast här.

**** Ett annat klassiskt exempel är korrelationen mellan glassätande och drunkningsolyckor (jag överlåter åt läsaren att lista ut vilken som är den bakomliggande gemensamma kausala faktorn).