Eine Prise Chemie: Das dunkle Geheimnis des dunklen Biers

Unser Essen steckt voller chemischer Details: Leckere, wohltuende und auch schädliche Inhaltsstoffe kommen zusammen und vollführen faszinierende Reaktionen. In der Kolumne »Eine Prise Chemie« klären wir, wie viele Bananen ein zuckerfreier Kuchen verträgt, warum abgestandener Kaffee so übel schmeckt oder wie man bäckt, ohne Acrylamid herzustellen.
Tiefdunkles Bier, auf dem eine helle, äußerst stabile Schaumkrone thront: Das irische »stout« mit seinem ikonischen Erscheinungsbild ist weltberühmt. Wer es zum ersten Mal trinkt und aufgrund der Farbe einen kräftigen, herben Geschmack erwartet, ähnlich dem hiesigen Schwarzbier, wird überrascht sein: Zum einen fühlt sich das Getränk auf der Zunge cremig und weich an, zum anderen schmeckt es viel weniger intensiv und rau, als man denken würde. Stattdessen mischen sich Röstaromen unter die Sinneseindrücke – und die verbindet man gemeinhin eher mit Kaffee oder dunkler Schokolade. Aber woher kommen diese seltsamen Noten, und warum ist das Getränk so cremig?
Man muss dazu sagen, dass gelegentliche Biertrinker die Röstnoten wohl kaum bewusst bemerken, sondern schlicht feststellen werden, dass das Bier »anders« schmeckt. Vielleicht ein bisschen runder als gewöhnlich. Sensorisch geschulte Personen hingegen attestieren dem Stout Aromen von geröstetem Kaffee und dunkler Schokolade.
Diese intensiven Noten verdanken einige Stouts einer essenziellen Zutat: gerösteter Gerste! Das ist deutlich spektakulärer und ungewöhnlicher, als es im ersten Moment klingt. Ja, Gerste ist eine der Hauptzutaten der meisten Biere – allerdings in ganz anderer Form. Und die Form macht einen bedeutenden Unterschied.
Normalerweise gewinnt man beim Bierbrauen aus der rohen Gerste – oder anderem Getreide wie etwa Weizen – zunächst das Malz. Dazu weicht man die Körner ein und lässt sie unter kontrollierten Bedingungen keimen. Bei diesem Vorgehen werden Enzyme in den Körnern aktiviert, die später im Brauprozess wichtig sind, damit die gewünschten Inhaltsstoffe entstehen können. Im Anschluss wird das Malz »gedarrt«, das heißt bei höheren Temperaturen getrocknet. Je nach Temperatur und Dauer erhält man verschieden helle oder dunkle Malze mit einer jeweils charakteristischen Mischung an Inhaltsstoffen.
Um ein dunkles Bier mit Röstnoten zu erhalten, kann man jetzt solch ein dunkles Malz zu seinem Grundstock an hellem Malz zugeben und ein schönes Stout herstellen. Das machen einige Brauereien auch.
Beim Brauen bestimmter Stout-Sorten, unter anderem beim weltberühmten Guinness, ist das jedoch anders. Statt einer dunklen Malzsorte setzt man dem hellen Malz Gerstenkörner zu, die gar nicht erst vermälzt, sondern direkt sehr heiß geröstet wurden. Durch das Rösten sind deren Enzyme inaktiviert; diese Körner tragen demnach später nicht zu den klassischen Bieraromen bei. Stattdessen liefern sie einen besonders intensiven, charakteristischen Strauß an Aromen, die an Kaffee und Schokolade erinnern. Das ist kein Zufall – ganz ähnlich wie beim Rösten von Kaffee- oder Kakaobohnen läuft beim Rösten von Gerste nämlich die Maillard-Reaktion ab. Aus Aminosäuren und Zucker entstehen dabei zunächst flüchtige Aromastoffe, die nussig, schokoladig, karamellartig, fruchtig, blumig, erdig, bitter oder auch rauchig wirken können; die genaue Zusammensetzung hängt vom Rohstoff und von den Röstbedingungen ab.
Melanoidine sorgen für die Farbe
Die Aromastoffe erklären zwar das spezielle Geschmackserlebnis, aber nicht die dunkle Farbe des Stouts. Letztere stammt jedoch ebenfalls aus dem Röstprozess: Als Endprodukte der Maillard-Reaktion entstehen Melanoidine, das sind hochmolekulare, nichtflüchtige, braune Substanzen. Sie tragen Stickstoff (da zu Beginn der Reaktion immer ein Zucker mit einer Aminosäure reagiert) und eine Moleküleinheit, die für die braune Farbe sorgt, das sogenannte Chromophor. Hier enden auch schon die bekannten Gemeinsamkeiten: Die Vielfalt der Melanoidine ist so unermesslich, dass Fachleute bislang zwar die Struktur einzelner Vertreter aufgeklärt haben, aber keine allgemeingültigen Strukturmotive vorgeben können. Forscher bezeichneten Melanoidine im Jahr 2022 als die »bis heute rätselhafteste Sorte von Makromolekülen im Essen«.
Mehr weiß man interessanterweise über ihre Wirkung. So zeigen Studien, dass die Substanzen antioxidativ wirken, indem sie etwa freie Radikale einfangen, Metalle komplexieren oder Wasserstoffperoxid reduzieren.
Allerdings wäre es jetzt zu einfach – und grob falsch – zu behaupten, dass die vielfältigen Maillard-Reaktionsprodukte im Stout ausschließlich von der gerösteten Gerste stammen. Die Maillard-Reaktion läuft nämlich auch beim Brauen an sich ab, egal, bei welchem Bier, und zwar zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in verschiedener Ausprägung.
Noch mehr Maillard-Reaktion in der Brauerei
Schon beim Darren der Getreidekörner während des Mälzens taucht sie das erste Mal auf. In diesem Verarbeitungsschritt trocknet man die Körner, und je nach Temperatur und Dauer läuft die Maillard-Reaktion unterschiedlich stark ab. Je mehr Maillard-Produkte entstehen, desto dunkler wird das Malz und desto mehr Röstaromen und Melanoidine bringt es mit ins Bier. Es gibt verschiedene Spezialmalze, die man einem gewöhnlichen, hellen Malz zusetzen kann, um den Geschmack und die Farbe des Biers zu beeinflussen – sie tragen teils klingende Namen wie »chocolate pale« oder »chocolate dark«. Aber keines von ihnen reicht in seiner Wirkung an die geröstete Gerste heran: Nach einer Untersuchung aus dem Jahr 2022 hatte die Zugabe von zehn Prozent gerösteten Gerstenkörnern zum hellen Malz die mit Abstand größte Wirkung auf die Farbe und damit auf den Gehalt an Melanoidinen.
Die schmackhafteste Reaktion der Welt
Erhitzt man Aminosäuren und Zucker zusammen auf mehr als 150 Grad Celsius, setzt man damit eine folgenreiche Reaktion in Gang: Die beiden Komponenten vereinigen sich zu einem Zwischenprodukt, aus dem anschließend Brat- und Röstaromen sowie nussige, fleischige oder fruchtige Geschmacksstoffe entstehen und sich knusprige braune Überzüge auf den Lebensmitteln bilden. Der französische Chemiker Louis Camille Maillard beschrieb die später nach ihm benannte Reaktion erstmals 1912 im Fachblatt »Comptes rendus de l'Académie des Sciences«.
Im Jahr 1953 hat sich der US-amerikanische Chemiker John Edward Hodge die Mühe gemacht, die komplizierten Reaktionswege in einem Schema festzuhalten. Heute sind mehrere Hundert Maillard-Produkte bekannt, doch mit Sicherheit werden künftig noch einige dazukommen. Denn die verschlungenen Reaktionspfade der Maillard-Reaktion werden weiterhin intensiv erforscht – vor allem, um Möglichkeiten zu finden, die Bildung gewünschter Produkte gezielt zu steuern. Den aktuellen Wissensstand haben Fachleute 2023 in einem erweiterten Reaktionsschema in der Fachzeitschrift »Trends in Food Science & Technology« zusammengefasst.
Und das ist erst der Anfang. Die Malzmischung wird anschließend mit Wasser aufgegossen und zu Maische gekocht, aus der wiederum die Würze extrahiert wird, die Ausgangsbasis für das Bier. Unter den hohen Temperaturen beim Würzekochen läuft – neben anderen wichtigen Reaktionen, die das Aroma des Biers formen – ebenfalls die Maillard-Reaktion ab. Zu diesem Zeitpunkt finden sich allerdings ganz andere Stoffe in der Mischung als noch beim Mälzen, denn Enzyme haben die ursprünglichen Inhaltsstoffe verändert. Obwohl man formal von der gleichen Reaktion spricht, erhält man demnach ein anderes Ergebnis.
All diese in der Maillard-Reaktion gebildeten Moleküle tragen nun zum Gesamteindruck des Biers bei, sie sind aber nicht allein ausschlaggebend – sonst wäre das Ergebnis ein Getränk wie Kaffee oder flüssige Schokolade, und das würde nun wirklich niemand behaupten! Nussige, erdige, rauchige oder röstige Aromen ergänzen nur das herbe Grundprofil des Biers, das in anderen Reaktionen während des Brauens entsteht. Entsprechend muss die Brauerei, wenn sie so intensive Röstaromen hineinbringt wie eben durch die geröstete Gerste, an anderer Stelle gegensteuern, damit das Endprodukt ausgewogen schmeckt. Das gelingt etwa, indem man der Bierwürze nach dem Kochen eher bittere Hopfensorten zusetzt. Aus der so erhaltenen Mischung von Stoffen bilden Hefen beim Gären anschließend die typischen Bieraromen.
Die entscheidende Rolle der Bläschen
Doch all das erklärt noch nicht, woher das spezielle, besonders weiche Mundgefühl eines klassischen Stout rührt. Die Antwort auf diese Frage ist so simpel wie genial: Statt mit reinem Kohlenstoffdioxid (CO2) werden viele Stouts beim Zapfen mit einer Mischung von Stickstoff und CO2 versetzt. Das hat Folgen: Erstens ist Stickstoff in Wasser circa 100-mal weniger löslich als CO2. Das sorgt für eine üppige Schaumkrone, die besonders lange hält – manche sprechen gar von einer »Crema« wie beim Kaffee.
Zweitens reagiert CO2 in Wasser sauer und verstärkt damit saure und salzige Eindrücke, Stickstoff reagiert hingegen nicht. Am wichtigsten ist aber wohl die Größe der Stickstoffbläschen: Diese messen durchschnittlich rund einen zehntel Millimeter im Durchmesser und sind damit etwa ein Zehntel so groß wie die millimetergroßen Bläschen aus Kohlenstoffdioxid. Kleine Bläschen steigen langsamer nach oben, sodass sich ein mit Stickstoff versetztes Getränk weniger spritzig, sondern eher samtig anfühlt. Offenbar wirkt der Stickstoff gleichzeitig ausgleichend auf das Geschmackserlebnis, indem er saure und bittere Noten im Getränk abschwächt.
Den cremigen und modulierenden Effekt der kleinen Bläschen nutzt seit ein paar Jahren eine andere Branche: Beim »Nitro Cold Brew« versetzt man kalt aufgegossenen Kaffee (Cold Brew) über eine Art Zapfanlage mit Stickstoff, um ein besonders samtiges Mundgefühl zu erzielen. Auch der so versetzte Kaffee schmeckt weniger bitter als ohne Zugabe des Gases. Möglicherweise aufgrund dieser Gemeinsamkeiten hielt es eine große Brauerei 2021 für eine gute Idee, beide Getränke in einem (!) zu vereinen. Das »Guinness Nitro Cold Brew Coffee Beer« hielt sich allerdings nur bis 2023 auf dem Markt.
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.