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Chemie der Aromen bei der Herstellung und Reifung von Whisky
Lehrerkongress 2018, Konzerthaus Freiburg, 27.11.2018
Whisky-Connaisseur
Dr. Heinz Weinberger [email protected]
Name: Heinz Weinbergeraus Neulußheim
Beruf: Chemiker
Über 25 Jahre Erfahrung mit Scotch Single MaltWhisky.
Malt Ambassador der Gruppo Campari und des unabhängigen Abfüllers Douglas Laing & Co./Glasgow
Referent bei Celtic Company in Speyer: www.tasting-speyer.de
Freiberuflicher Autor beim Fachmagazin „Der Whisky-Botschafter“
Whisky-Connaisseur
Chemie im Whisky
OH
O
SS
CH3
CH3
O
O
OH
H
O
H3CO
O
H
O
OH
OH
OH
OH
O
O
H
O
OH
O
O
O
SH
OH
O
OO
H
O
O
H
O
O
SS
OH
O
O
OHOH
OH
OH
O
O
O
O
OH
O
OH
N
N
H2O
Whisky-Connaisseur
Single Malt Scotch Whisky –Gesetzliche Vorgaben der
Scotch Whisky Association (SWA)
✓Herstellung in Schottland
✓Verwendung von 100% gemälzter Gerste
✓Destillation in Pot-Stills (kupferne Brennblasen)
✓Max. Alkoholstärke nach Destillation 94,8 Vol-%
✓Reifung in Eichenfässern (max. 700L Volumen)
✓Mind. 3-jährige Reifezeit in einem Lagerhaus in Schottland
✓Flaschenabfüllung und Etikettierung in Schottland
✓Mindestalkoholstärke des fertigen Whiskys von 40,0 Vol-%
Whisky-Connaisseur
Whiskyherstellung Einsatzstoffe
Gerste
Wasser Hefe
Whisky-Connaisseur
Das Gerstenkorn
Keimling
Eiweiß-Matrix
Mehlkörper(Endosperm)
Stärke-Granula
Bärtchen
Schutz-schicht
Cytase
Proteasen
Whisky-Connaisseur
Einweichen der Gerste
T(H2O) = 14-17°C, 8h EinweichenWasser entfernen, 12h an Luft, weitere 16h einweichen → w(H2O) = 46%
Whisky-Connaisseur
Keimen der Gerste
Dauer: 7-10d auf traditionellen Mälzboden→ Grünmalz
Die Gerste wird durchschnittlich 6-mal pro Tag gewendet!
Whisky-Connaisseur
Der biochemische Stärkeabbau
O
OHOH
OH
OH
O
OHO
OH
OH
OH
=
Maltose
O
OHOHOH
OH
OH
=
Glucose
Amylopektin(ca. 70-80%)
Amylose(ca. 20-30%)
Stärke
Limit-Dextrinase
α-Amylase
α-Glucosidase
β-Amylase
Whisky-Connaisseur
α-1→4
α-1→6
α-1→4
Das Grünmalz
OH
Whisky-Connaisseur
Trocknen des Grünmalzes
Dauer: ca. 24-48hEnde der Trocknung bei w(H2O) = 4%
Whisky-Connaisseur
Kiln
Verbrennung von Torf
Phenole bestimmen die Rauchigkeit bzw. Torfigkeit eines Whiskys
Phenol
OH
o-Kresol
„medizinisch“
rauchig,gummiartig
schwefelig,brackig
OH
4-Ethylphenol GuajacolOH
O
OH
2,4-Xylenol
OH
O
4-Ethyl-guajacol
OH
4-Vinyl-phenol
OH
m-Kresol
OH
p-Kresol
OH
OO
Syringol
medizinischrauchig,teerartig
würzig,süß
medizinisch
würzig,süß-scharf
medizinisch,süß
rauchig,würzig
zw. 200°C und 850°C
T
T
T
Whisky-Connaisseur
Maischen in der Mash TunWhisky-Connaisseur
Gärung im WashbackWhisky-Connaisseur
Die alkoholische Gärung
Hefe
mit O2
„aerob“
Atmung bzw.Verbrennung
„anaerob“
Zucker(hpts. Glucose,
Maltose,Maltotriose)
Gärung
ohne O2
Hefen können sowohl als Atmer als auch als Gärer leben
CO2 + C2H5OH + Energie
CO2 + H2O + Energie
Whisky-Connaisseur
Embden-Meyerhof-Parnas-Weg
C6H12O6 + 2 H2PO4 + 2 ADP 2 CH3-CH2-OH + 2 CO2 + 2 ATP_
Der Herzschlag des Whiskys
Hefezelle
C2H5OH
Glycerin
OHOH
OH
höhere Alkohole/Fuselöle(ca. 40)
OH
OH CO2
Carbonyl-Verbindungen
(ca. 200)
O
OHR
O
R2
R1
O
Schwefel-verbindungenSO2
H2S
R-SH
→ 85% der vergärbaren Zuckerin Ethanol umgewandelt
fruchtige, florale, grasige, seifigeund schwefelige Aromen
org. Säuren,Fettsäuren
(> 100)
OH
O
OH
O
OH
OHR
O
Ester(ca. 90) O
O
OR1
O
R2
Whisky-Connaisseur
Whisky-Connaisseur Wertvolle Nebenproduktebeim Hefewachstum
Bildung von höheren Alkoholen, Fettsäuren und Estern
Glucose, Maltose Pyruvat
Acetyl-CoA
Fettsäure-CoA
Acetaldehyd
Ethanol
Fett-säuren
Phospholipide,Glyceride
Squalen
Sterole
höhereAlkohole
ESTER
N-MetabolismusProtein-/Nuklein-säure-Synthese
Die Maillard ReaktionWhisky-Connaisseur
NH
R1
H
OH
R2
R1
O
NH R2
R2
NH2
O
R1
H
H OH
Die Destillation –vom Bier zum Feinbrand
Whisky-Connaisseur
Atmosphärendruck = 1 bar
Zweifache Destillation
Dampf
Flüssigkeit
20 40 60 80 1000
20406080100 0
Volumenprozent [Vol-%] (= x-Achse)Ethanol
Wasser
100
95
90
85
80
75
Tem
per
atu
r [°
C]
(= y
-Ach
se)
>C
>
DA
>
BTB
E
Siedediagramm Wasser-Ethanol-Mischungen
1. Destillation
2. Destillation
>
TF F > G
>
H
Whisky-Connaisseur
Die Magie des Kupfers
Schwefelwasser-stoff, Ethanthiol,Dimethyl-(di,tri)sulfid, Schwefeldioxid
geruchsintensiv
H2SH2S
SO2SO2
CH3
SCH3 CH3
SCH3
SS
CH3
SCH3S
SCH3
SCH3
C2H5-SHC2H5-SH
SS
CH3
CH3S
SCH3
CH3
NH2
SH OH
O
Cystein
NH2
OH
O
S
Methionin
geruchsneutral
Sulfate
Gärung
Kupfersulfid-Derivate
CuDestil-lation
Whisky-Connaisseur
Die Fassreifung
Whisky-Connaisseur
Whisky-Connaisseur
Flüchtige Bestandteile im Eichenholz
tabak-, lederartige und rauchige Noten
Duft nach Gewürznelke
Kokosnuss-Aromen
tabakartige Noten
süß, cremig, Vanille
rauchig, würzig
➢ Organische Säuren, z. B. Essigsäure und Linolensäure
➢ Norisoprenoide, z. B. 3-Oxo-α-ionol
➢ Megastigmatrienone
➢ Eugenol
➢ Lactone
➢ flüchtige Phenole
➢ Vanillin
OH
O
OH
MeO
O
O
R1
R2
Whiskylacton
O
O3
4cis-(3S,4S)
O
Otrans-(3S,4R)
Natürliches Vorkommen im Eichenholz(„Eichenlacton“, „Quercuslacton“)
O
O**
3-Methyl-4-octanolid
Whiskylacton Aroma Geschmack
cis-(3S,4S) etwas Kokosnuss, erdig, heuartig krautartig, kokosnussartig
trans-(3S,4R) würzig, Sellerie, etwas Kokosnuss,
unreife Walnuss
kokosnussartig, süß, cremig,
fettig
Whisky-Connaisseur
Thermischer Abbau von Tanninen
OO
O
O
OOH
OH
OH
OO
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OO
OH
OH
OR
OO
O
O
OH
OH
OH
OO
OH
OH
OH
O
OH
OH
O
OO
OH
OH
OH
O
OOH
OH
OH
R
Gallotannine
Ellagtannine
Hitze
OH
OH
OHOH
OO
O
OH
OH
OH
OH
O
O
EllagsäureGallussäure
holzig, bitter,adstringierend
Whisky-Connaisseur
bitter,adstringierend
Oxidative Prozesse im Fass
OH
Ethanol
H2O2
H
O
Acetaldehyd
O2
OH
O
Essigsäure
OH
O
O
EthylacetatOH
O
O
Acetal
+ O2
Tannine
OH
OH
OHR
O
O
O
R
OH
OH
OH
O
O
+ H2O2
O
OH
OR
O
O
O
R
OH
O
O
O
OQuinone
Cu
stechend,fruchtig Essig
fruchtig,grüner Apfel,
Klebstofffruchtig,aromatisch
Whisky-Connaisseur
Ester – Die Stars im WhiskyA L K O H O L
CARBONSÄURE
Ameisensäure
Essigsäure
Propionsäure
Isobuttersäure
Buttersäure
Valeriansäure
Capronsäure
Benzoesäure
Heptansäure
Salicylsäure
Metha-nol
Etha-nol
Propa-nol
Isobuta-nol
Buta-nol
Penta-nol
Hexa-nol
Benzyl-alkohol
Hepta-nol
Whisky-Connaisseur
https://jameskennedymonash.wordpress.com/2013/12/13/infographic-table-of-esters-and-their-smells/
Hemicellulose
O
OH
HH
H
OH
OH
H OH
H
OH
Glucose
O
OH
HH
OH
H
OH
H OH
H
OH
Galactose
O
OH
OHH
H
OH
OH
H H
H
OH
Mannose
O
OH
HH
H
OH
OH
H OH
H
H
Xylose
O
OH
OHH
H
OH
H
OH H
H
H
Arabinose
O
OH
HH
OH
H
OH
H OH
H
COOH
Galacturonsäure
Whisky-Connaisseur
Thermischer Abbau von Hemicellulose
HEAT
HEAT
etherisch
Toffee,Trockenfrüchte,
nussig
Karamell,verbrannt,süß
getreideartig
Karamell,Pappe
Karamell,sirupartig
Zucker-watte
Essig
süßlich,Lösungsmittel
Temp.: 140°C bis 260°C
Whisky-Connaisseur
O
OOH
OCHO
O
O
OH
OCH2OH
OCHOHOH2C
OCHO
OH
O
CH3-OH
Furan
Cycloten
Furfural
Furfurylalkohol
5-Hydroxymethyl-furfural
5-Methyl-furfural Essigsäure
Methanol
Maltol
Lignin
OH
OH
p-Cumarylalkohol
OH
OH
O
Coniferylalkohol OH
OH
O
O
Sinapylalkohol
Whisky-Connaisseur
Von Lignin zu Vanillin
OH
OH
OCH3
Coniferyl-alkohol
OH
HO
OCH3
Coniferyl-aldehyd
OH
OHO
OCH3
Ferulasäure
OH
OCH3
4-Vinyl-guajacol
OH
OHO
OCH3
Vanillinsäure
OH
OO
OCH3
Ethylvanillat
OH
OCH3
Guajacol OH
HO
OCH3
Vanillin
gerösteteErdnüsse
süß,cremig,Vanille
rauchig,teerartig
leicht rauchig,metallisch
LIGNIN
HITZE
Temp.: 150°C bis >300°C
Whisky-Connaisseur
CelluloseO
OH
HH
H
OH
OH
H OH
H
OH
Glucose
Temp.: 275°C bis 350°C
Ähnlich wie bei der Hemicellulose werden durch thermischen Abbau der Zuckerbausteine aromatische Furan-Derivate gebildet.
Whisky-Connaisseur
LiteraturWhisky-Connaisseur
• Russell I, Stewart G, Bamforth C. Whisky - Technology, Production and Marketing. Elsevier; 2003
• Lee, K. M., Paterson, A. , Piggott, J. R. and Richardson, G. D. (2001), Origins of Flavour in Whiskies and a Revised Flavour Wheel: a Review. Journal of the Institute of Brewing, 107: 287-313. doi:10.1002/j.2050-0416.2001.tb00099.x
• Infographic: Table of Esters and their Smells (Dezember 2013). Im Internet: https://jameskennedymonash.wordpress.com/2013/12/13/infographic-table-of-esters-and-their-smells/
• The Chemistry of Whisky (März 2015). Im Internet: https://www.compoundchem.com/2015/03/31/whisky/
• Quantification of Oak Wood Extractives via Gas Chromatography – Mass Spectrometry and Subsequent Calibration of Near Infrared Reflectance to Predict the Canadian Whisky Ageing Process. Research PhD Thesis, Livermore, D. (2011). Im Internet: http://www.ros.hw.ac.uk/handle/10399/2591
• Weinberger, H. (2016), Rauch und Torf im Whisky. Der Whisky-Botschafter, 4-2016: 29-30
• Weinberger, H. (2017), Wie hilft Mutter Natur beim Abbau von Stärke zu Zucker? Der Whisky-Botschafter, 4-2017: 46-47
• Weinberger, H. (2018), Die alkoholische Gärung: Not macht Hefe erfinderisch. Der Whisky-Botschafter, 1-2018: 66-67
• Weinberger, H. (2018), Whiskydestillation in Pot Stills: Warum einmal nicht ausreicht! Der Whisky-Botschafter, 2-2018: 34-35
• Weinberger, H. (2018), Die Konversation des Spirits mit Kupfer. Der Whisky-Botschafter, 4-2018: 36-38
• Weinberger, H. (2017), Wood makes the Whisky! Wirklich? Der Whisky-Botschafter, 1-2017: 34-43
