Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines mobilen Nachweissystems im Handheld-Format zur quantitativen Bestimmung von vicinalen Diketonen aus Jungbier

Die Qualitätssicherung des Brauvorganges steht im Fokus der Brauwirtschaft. Ein wichtiger Parameter ist dabei der Diacetylgehalt, da höhere Konzentrationen von Diacetyl im Bier einen Fehlgeschmack verursachen. Nach Angaben von Vertretern der Brauwirtschaft müssen vor allem KMU oftmals die Testung von Stichproben während des Brauvorganges extern zur Analyse geben oder eigene Prozessrezepturen ohne entsprechende Prozesskontrollen blind durchführen. Ein wesentliches Problem hierbei ist, dass für die Analyse von Diacetyl ein komplexes Anreicherungsverfahren erforderlich ist, um eine exakte Bestimmung vorzunehmen, was eine einfache vor-Ort Analytik für KMU praktisch ausschließt. Zielsetzung ist daher, ein Nachweisverfahren anzubieten, das ein optimales Diacetylmanagement zur Steigerung der Bierqualität bei gleichzeitiger Kosten- und Zeitersparnis gerade für KMU vor-Ort ermöglichen wird.

Kern des Ansatzes für diese vor-Ort-Nachweismethode ist, mit einer sogenannten "Capture and release"-Oberfläche gezielt aus einer Bierprobe im Durchfluss Diacetyl und analoge Verbindungen anzureichern (Capture) und diese im Anschluss konzentriert von der Oberfläche wieder abzulösen (release). In einem kleinen mobilen Messgerät (Kosten bis zu 2.000 €) würde mittels dieser Oberflächenchemie in einem Kanal ein reaktivierbares Anreicherungsverfahren zum Fangen und gezielten Freisetzen vicinaler Diketone realisiert werden. Dieses erlaubt, Diacetyl aus 100 ml Bierprobe so aufzukonzentrieren, dass anschließend in einfacher Weise photometrisch der Diacetylgehalt und der Gehalt an strukturell ähnlichen Verbindungen quantifiziert werden kann. Dieser Anreicherungsprozess wird die Bestimmung des Diacetylgehaltes direkt aus Bier mit einer Nachweisgrenze bis 0,01 mg/kg gemäß internationalem Standard in 30 min ermöglichen. Dieser UV-/VIS-basierte Technologieansatz ist relevant für die Brauwirtschaft, dem Weinbau, für Sensorhersteller, Kunststoffverarbeiter und Labordienstleister.

Das Vorhaben hat gerade für KMU und nicht nur aus dem Bereich der Bierbrauer, eine wirtschaftliche Bedeutung. Sollte es gelingen, das Handheld System so zu entwickeln, dass sichere quantitative Daten erhalten werden können, wird es bei dem geringen Kostenaufwand sicherlich genügend Anwender im Braubereich geben.

Ergebniszusammenfassung:

Im Brauprozess entstehen in allen Prozessstufen vor allem aber während der Gärung zahlreiche zum Teil erwünschte wie auch unerwünschte Aromastoffe. Ein wichtiger Parameter ist dabei der Diacetylgehalt, das in höheren Konzentrationen einen Fehlgeschmack verursacht. Insbesondere Brauereien ohne eigenes Labor müssen Stichproben während des Brauvorganges extern zur Analyse geben oder eigene Prozessrezepturen ohne entsprechende Prozesskontrollen blind durchführen.

Zielsetzung des Projektes war daher, ein Nachweisverfahren zu entwickeln, das ein optimales Diacetylmanagement zur Steigerung der Bierqualität bei gleichzeitiger Kosten- und Zeitersparnis gerade für KMU vor-Ort ermöglicht. Kern des Ansatzes war, mit einer sogenannten "Capture and release"-Oberfläche gezielt aus einer Bierprobe Diacetyl und analoge Verbindungen anzureichern (Capture) und diese im Anschluss konzentriert von der Oberfläche wieder abzulösen (release).

Zunächst erfolgte die Entwicklung des "Capture & Release“ Prinzips: Dies erfolgte über die Synthese einer Vielzahl von Polymeren zur Anreicherung des Zielmoleküls und die Identifikation eines hochreaktiven funktionellen Polymers zur Anreicherung von Diketonen, sowie die Optimierung des Freisetzungsprozesses mit reversibler und mehrfach verwendbarer Oberfläche und schneller Kinetik.

Parallel erfolgte die Entwicklung einer tragbaren vor-ort Detektionseinheit, die Identifizierung einer spezifischen Anfärbe- und Nachweisreaktion außerhalb der Bierfarbstoffe und die Übertragungsmöglichkeit auf andere Substanzen/Detektionsprozesse. Das resultierende Gesamtsystem lässt sich als Spritzenfilter oder Kapillarsystem realisieren und anwenden. Mit Blick auf die Referenzsysteme ist es sehr viel schneller, tragbar, kostengünstiger und leicht für KMU anwendbar.

Dieses System ist insbesondere relevant für die Brauwirtschaft aber auch für den Weinbau, für Sensorhersteller, Kunststoffverarbeiter und Labordienstleister nutzbar.

Damit konnte das Projektziel erreicht werde