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Die Herren der Hefe

XTRA-ARTIKEL AUSGABE 1/2017

Die aus der Diagnostik bekannte Flowzytometrie wird auch in der Getränkeindustrie eingesetzt. Die Mitarbeiter der Versuchs- und Lehranstalt für Brauerei in Berlin e. V. (VLB) verwenden sie zur Überwachung und Steuerung von Fermentationsprozessen.

Dr. Martin Senz (links) und sein wissenschaftlicher Mitarbeiter Maximilian Schmacht
am Bioreaktor der VLB
(Foto: Jan Siefke)

Eine schaumige Flüssigkeit in einem zylinderförmigen Gefäß. Mithilfe eines Rührers wird sie, kontinuierlich durchmischt, sodass eine kleine Schaumkrone entsteht. Maximilian Schmacht entnimmt eine Probe. „Wir wollen schauen, wie fit die Hefen sind“, erklärt Dr. Martin Senz, Fachgebietsleiter Bioprozesstechnik und angewandte Mikrobiologie bei der VLB. Im Labor entnimmt Schmacht eine Probe, füllt sie in ein Teströhrchen, färbt sie an und setzt sie in das Flowzytometer CyFlow® Cube 8 vonSysmex ein. Minuten später zeigt das Display die gewünschten Werte: Ja, die Hefekulturen sind quicklebendig, die Bedingungen zum Bierbrauen stimmen.

Die Flowzytometrie ist ein Verfahren, das zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik zur Analyse von Blutzellen eingesetzt wird. Die Zellen fließen einzeln hintereinander durch eine Messkammer, die sogenannte Küvette. Dabei passieren sie einen Laser und erzeugen so ein charakteristisches Streulicht und Fluoreszenz-Signale. Dadurch ist es möglich festzustellen, in welcher Zahl die Zellen in der Probe sind und in welchem Zustand sie sich befinden. Die VLB, gegründet 1883, ist ein eingetragener Verein mit fast 400 Mitgliedern, darunter Brauereien aus aller Welt, von China bis Sri Lanka, von Venezuela bis Kamerun. Der Verein – im Norden Berlins, unweit des Charité Campus Virchow-Klinikums gelegen – bietet Fortbildungskurse an, wie den sechsmonatigen Certified Brewmaster Course, und führt Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durch. Genau da kommen die Abteilung von Dr. Martin Senz und die Flowzytometrie ins Spiel. Mit der Methode wird unter anderem der Zustand von Hefekulturen überprüft. Brauereien können damit ihre Produktionsprozesse optimieren, die Qualitätssicherung garantieren und die Möglichkeiten für neue Biere und Herstellungsverfahren überprüfen.

In Bioreaktoren werden Fermentationsprozesse in kleinem Maßstab optimiert.
(Foto: Jan Siefke)

Ein typisches Beispiel für den Einsatz der Flowzytometrie ist die Produktion von Bieren mit besonders hohem Alkoholgehalt – das sogenannte High-Gravity-Brauen. „Da setzen wir gezielt sehr hohe Stammwürzen ein“, erklärt Dr. Senz. „Diese zeichnen sich durch eine starke Zuckerkonzentration aus, die bedingt, dass Hefen mehr Alkohol produzieren. Durch den hohen Zucker- und Alkoholgehalt entstehen allerdings stressreiche Bedingungen für Hefen.“ Und die können Dr. Senz und sein Team per Flowzytometrie sichtbar machen und entsprechende Prozessstrategien ableiten. „Wir treiben die Hefen bis zum Äußersten“, schmunzelt der Wissenschaftler. Die Flowzytometrie bietet dabei unschätzbare Vorteile. „Bestimmte Aussagen über den physiologischen Zustand der Zellen konnten wir vorher nicht in dieser Tiefe treffen“, betont Schmacht. Andere Untersuchungen hätten mit früheren Verfahren deutlich mehr Zeit gekostet. Dabei schätzt Schmacht auch den CyFlow® Cube 8: „Ein sehr kompaktes Gerät mit einfacher Handhabung, das modular aufgebaut ist.“ Die VLB hat ihren Cube 8 mit einem optionalen Sortermodul ausgestattet. Das wird eingesetzt, wenn Zellen mit besonderen Eigenschaften, etwa Hefekulturen mit hoher Stressresistenz, herausselektiert werden sollen. In ihrer Arbeit werden Dr. Martin Senz und das Forschungsinstitut immer wieder mit aktuellen Konsumententrends konfrontiert. Zum einen dem Craft-Beer-Trend. Standardbiere werden insgesamt mit wenigen Hefestämmen gebraut. Wer für ein ungewöhnliches, handwerklich gebrautes Bier auch ungewöhnliche Hefen braucht, kommt nicht selten zur VLB. „Brauereien nutzen in der Regel weniger als fünf Hefestämme, wir haben annähernd 1.000 im Repertoire“, erzählt Dr. Senz und zeigt auf die unscheinbare Tür zu einer Kühlkammer, in der die VLB ihre „Schätze“ aufbewahrt.

Die Probe wird in ein Teströhrchen gegeben...

... und dann in den CyFlow® Cube 8 eingesetzt. (Fotos: Jan Siefke)

Außerdem spielen nicht-alkoholische Getränke eine immer größere Rolle. Das betrifft zum einen auf Fermentation beruhende Erfrischungsgetränke wie das Kombucha-Teegetränk. Zum anderen geht der Trend zu immer mehr alkoholfreien Bieren, für die wiederum besondere, wenig Alkohol produzierende Hefekulturen benötigt werden. Das erwähnte High-Gravity-Bier wird übrigens so stark gebraut, um Produktionskosten etwa in Form von Energie oder Logistik zu sparen: Vor Ort wird es dann verdünnt. Außer für Hefen will die VLB die Flowzytometrie künftig auch vermehrt einsetzen, um einerseits Milchsäurebakterien in Milchprodukten zu überprüfen und andererseits Bakterien in Wasser aufzuspüren. „Wir können zum Beispiel Legionellen anfärben und messen“, so Dr. Senz. Das Wissen über die Vorteile der Analyse mithilfe der Flowzytometrie ist in der Getränkeindustrie noch nicht sehr weitverbreitet. Deshalb bietet die VLB mit Unterstützung von Sysmex in ihrem Fortbildungsprogramm einen Grundlagenkurs dazu an. Dieser hat einen mikrobiologischen Schwerpunkt und auch Algen (für Nahrungsmittelzusätze oder Biomasse) werden behandelt. „Einige fluoreszieren von selbst, die muss man nicht einmal anfärben“, erzählt Dr. Martin Senz. Hefen, Bakterien, Algen – man sieht: Auch in der industriellen Anwendung besitzt die Flowzytometrie als Analysetool noch ein großes Potenzial.

Text: Heinz-Jürgen Köhler

Fotoquelle: Jan Siefke

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