Wie ein bekanntes Branchensprichwort besagt: „Der Brauer macht die Würze, aber die Hefe macht das Bier“.
Die Gesundheit der beim Anstellen (Pitching) verwendeten Hefepopulation beeinflusst direkt fundamentale Parameter des Brauprozesses, darunter:
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Vergärungsgeschwindigkeit;
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Ester- und Höhere-Alkohole-Profil;
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Diacetyl-Reabsorption;
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Gärzeiten;
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endgültige Klärung;
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Reproduzierbarkeit des organoleptischen Profils des Bieres.
Aus diesem Grund ist es wichtig, zwischen zwei Parametern zu unterscheiden, die fälschlicherweise oft als gleichwertig angesehen werden: Viabilität (Viability) und Vitalität (Vitality).
Viabilität: Wie viele Hefezellen sind lebendig?
Die Viabilität (Viability) oder Zelllebensfähigkeit gibt den prozentualen Anteil lebender Zellen im Vergleich zur Gesamtzahl der in der Probe vorhandenen Zellen an.
Es handelt sich im Wesentlichen um eine binäre Klassifizierung – Zelle lebendig oder tot –, die bei traditionellen Methoden oft durch Beobachtung der Permeabilität der Zellmembran für spezifische Farbstoffe bestimmt wird.
Vitalität: Wie aktiv sind die Zellen wirklich?
Die Vitalität (Vitality) oder Zellvitalität liefert hingegen Informationen über den physiologischen und metabolischen Zustand der Hefe, ihre Energiereserven und die Fähigkeit der Zellen, die Gärung umgehend zu starten.
Eine Zelle kann nämlich noch lebendig sein, aber physiologisch gestresst oder stoffwechselinaktiv sein.
Das bedeutet, dass eine Biomasse einen hohen Anteil lebender Zellen aufweisen kann bei gleichzeitig geringer Hefevitalität.
Was passiert, wenn die Hefe eine geringe Vitalität aufweist?
Die Verwendung einer zahlenmäßig ausreichenden, aber stoffwechselinaktiven Hefepopulation kann erhebliche Auswirkungen auf den Produktionsprozess haben.
Zu den Hauptrisiken gehören:
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längere Lag-Phasen;
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langsame oder stockende Gärungen;
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größere Chargen-zu-Chargen-Variabilität;
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höheres Risiko konkurrierender mikrobiologischer Kontaminationen;
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Bildung unerwünschter Verbindungen und Fehlaromen (Off-Flavors);
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Persistenz von Substanzen wie Diacetyl oder Schwefelwasserstoff.
Die Überwachung der Vitalität ermöglicht es der Brauerei daher, vor dem Anstellen und während der Verwaltung nachfolgender Hefegenerationen fundiertere Entscheidungen zu treffen.
Hefeführung (Repitching): Warum die Vitalität überwacht werden sollte
Das Repitching, also die Ernte und anschließende Wiederverwendung von Hefe aus einer vorherigen Gärung, ist sowohl in Industrie- als auch in Handwerksbrauereien eine gängige Praxis.
Die Wiederverwendung von Biomasse kann zur Senkung der Betriebskosten beitragen, erfordert jedoch eine genaue Kontrolle des physiologischen Zustands der Zellen.
Mit jeder Generation kann die Hefe verschiedene Formen von Stress akkumulieren:
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thermischen Stress;
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osmotischen Stress;
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mechanischen Stress;
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Toxizität durch das Vorhandensein von Ethanol.
Nach mehreren Generationen können die zellulären Energiereserven progressiv abnehmen, was die Fähigkeit der Hefe beeinträchtigt, effektiv auf Stress zu reagieren und eine neue Gärung aufrechtzuerhalten.
Traditionelle Methoden, die sich ausschließlich auf die Zählung lebender Zellen stützen, erkennen diese physiologische Verschlechterung vor dem Zelltod möglicherweise nicht.
Eine Messung der Hefevitalität ermöglicht es hingegen, eine metabolisch beeinträchtigte Population frühzeitiger zu identifizieren und mit höherer Sicherheit zu beurteilen, wann ein Repitching durchgeführt oder neue Biomasse eingesetzt werden sollte.
Traditionelle Methoden zur Hefeanalyse: Wo liegen die Grenzen?
Traditionell nutzen viele Brauereien die Mikroskopie in Kombination mit Färbungen wie Methylenblau zur Zellzählung und Bestimmung der Hefeviabilität.
Diese Methodiken weisen jedoch einige Grenzen auf, insbesondere wenn das Ziel darin besteht, eine tiefere und reproduzierbarere Analyse des physiologischen Zustands der Zellen zu erhalten.
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Methode |
Gemessener Parameter |
Vorteile |
Grenzen |
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Mikroskopie + Methylenblau |
Ungefähre Zellzählung und Lebend/Tot-Verhältnis |
Geringe Anschaffungskosten und einfache Instrumentierung |
Subjektivität des Bedieners, begrenzte Probenahme, höhere Ungenauigkeit unter bestimmten Bedingungen und Fehlen einer direkten Messung der metabolischen Vitalität |
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Optische Durchflusszytometrie |
Zellzählung und Vitalitätsparameter über Fluorophore |
Hohe Präzision und Analyse von Tausenden von Zellen |
Erfordert komplexe Instrumentierung, Fluoreszenzfarbstoffe, Reagenzien und Kalibrierungen |
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Amphasys Ampha X10 – IFC |
Lebend/Tot-Verhältnis, Vitalität, Konzentration und Zellgröße |
Schnelle, label-freie Analyse, objektive Daten und Analyse von über 10.000 Zellen |
Erfordert den Einsatz eines dedizierten Instruments |
Amphasys Ampha X10: Impedanz-Durchflusszytometrie zur Hefekontrolle
Ampha X10 ist ein von Amphasys entwickelter Analysator, der die Impedanz-Durchflusszytometrie nutzt, um Hefezellen schnell zu charakterisieren.
Im Gegensatz zu anderen Methodiken ermöglicht das System die Analyse im label-freien Modus, ohne Farbstoffe oder chemische Marker zu verwenden.
Wie funktioniert die Impedanz-Durchflusszytometrie?
Während der Analyse fließt die Hefeprobe durch einen mikrofluidischen Mikrokanal, der mit Mikroelektroden ausgestattet ist. Das Instrument legt elektrische Felder bei unterschiedlichen Frequenzen an und misst die elektrischen Eigenschaften jeder einzelnen Zelle.
Die Nutzung verschiedener Frequenzen ermöglicht den Erhalt komplementärer Informationen:
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Niedrige Frequenz, ca. 0,5 MHz: liefert Informationen bezüglich Zellgröße und Zellkonzentration.
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Hohe Frequenz, ca. 6–12 MHz: liefert Informationen über die Membranintegrität und die internen elektrischen Eigenschaften der Zelle, die mit ihrem physiologischen Zustand korrelieren.
Auf diese Weise können Tausende von Zellen einzeln analysiert und eine vollständigere Darstellung des Zustands der Hefepopulation erstellt werden.
Vorteile von Ampha X10 für Brauereien und Qualitätskontrolle
1. Ergebnisse in weniger als zwei Minuten
Die Analyse dauert weniger als zwei Minuten von der Probeninjizierung bis zum Ergebnis, sodass das Bedienpersonal schnell nützliche Informationen für Entscheidungen bezüglich Pitching und Repitching erhält.
2. Label-freie Analyse ohne Reagenzien
Ampha X10 benötigt keine Farbstoffe oder Reagenzien. Dies eliminiert Variablen im Zusammenhang mit Inkubationszeiten, Farbstoffherstellung oder Reagenzienabbau und vereinfacht den analytischen Ablauf.
3. Analyse von über 10.000 Zellen
Bei jedem Durchlauf kann das System über 10.000 Einzelzellen analysieren und bietet damit eine deutlich breitere statistische Basis im Vergleich zur manuellen mikroskopischen Zählung.
4. Bessere Kontrolle des Repitchings
Durch die Überwachung des physiologischen Zustands der Biomasse kann die Brauerei einen Vitalitätsverlust schneller erkennen und entscheiden, ob die Hefe wiederverwendet oder ersetzt werden sollte, bevor ihre Kondition die Gärung negativ beeinflusst.
Welche Vorteile kann eine genauere Vitalitätskontrolle bringen?
Die Integration der Vitalitätsmessung in die Qualitätskontrolle der Brauerei kann dazu beitragen, sowohl die Prozesseffizienz als auch die Konstanz des Endprodukts zu verbessern.
Reduzierung der Gärzeiten
Ein Anstellen basierend auf der tatsächlichen Menge vitaler und stoffwechselaktiver Zellen kann dazu beitragen, die Lag-Phase zu verkürzen und einen schnelleren Gärstart zu fördern.
Reduzierung des Risikos nicht konformer Gärungen
Die frühzeitige Erkennung einer physiologisch beeinträchtigten Hefepopulation verringert das Risiko langsamer oder stockender Gärungen und daraus resultierender Korrekturmaßnahmen.
Optimierung der Biomassenutzung
Die Bewertung der Vitalität ermöglicht fundiertere Entscheidungen über die Anzahl der Repitching-Zyklen, wodurch vermieden wird, eine noch leistungsfähige Biomasse vorzeitig zu verwerfen oder eine zu stark gestresste Hefe wiederzuverwenden.
Höhere Reproduzierbarkeit zwischen verschiedenen Chargen
Eine präzisere Kontrolle des Hefezustands hilft, Parameter wie Vergärung, Aroma- und Esterbildung sowie allgemeine Gäreigenschaften konstanter zu halten, was zur Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge beiträgt.
Von der Viabilität zur Vitalität: Ein neuer Ansatz zur Hefekontrolle
Für eine moderne Brauerei reicht es möglicherweise nicht mehr aus, nur zu wissen, wie viele Zellen lebendig sind. Zu verstehen, wie aktiv und gärbereit diese Zellen wirklich sind, ermöglicht ein vollständigeres Bild vom Zustand der Biomasse.
Dank der Kombination aus Mikrofluidik, Impedanz-Durchflusszytometrie, label-freier Analyse und Schnelligkeit stellt der Amphasys Ampha X10 eine fortschrittliche Lösung zur Kontrolle der Hefevitalität und zur Optimierung von Gärungs- und Repitching-Prozessen dar.
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