Produksjon og reduksjon av dimetylsulfid (DMS)

DMS er et organisk svovelprodukt som kan finnes i øl. Merkbare mengder DMS regnes som en usmak i øl, smaken beskrives ofte som boksmais eller ”cooked corn”.

 

DMS er det viktigste svovelproduktet i øl. Bortsett fra annen bakterievirksomhet er den vanligste måten for DMS-produksjon gjennom varmen i maltingsprosessen, kokinga av vørteren og nedkjølinga. DMS produseres ved at S-metyl metionin (SMM), som under varme brytes ned til DMS.

Sjøl ikke SMM er smaksnøytralt i øl, frie SMM kan danne heterosykliske forbindelser og lage en rekke ekle stoffer. SMM produseres mens bygget spirer, ettersom SMM(C₆H₁₅NO₂S⁺) inneholder nitrogen, så er det et forhold mellom innholdet av SMM og protein innhold og modifiseringen av proteinene. Dette fører til at malt som inneholder mye proteiner (for eksempel 6-Row) har en tendens til å inneholde mer SMM, enn maltvarianter med lite protein. For eksempel inneholder britiske varianter mellom 1 og 2 ug (mikrogram) SMM per gram malt, mens noen 6-Row varianter kan inneholde mellom 8 og 10 ug per gram malt. Når maltet tørkes i maltovnen forsvinner litt av SMM, ettersom det blir nedbrudd av varme til DMS og andre produkter.  Disse blir fjernet i løpet av malteprosessen og er uviktige for innholdet av DMS i vørteren.På grunn av dette inneholder malt som er tørket på høy temperatur (Crystal, pale ale, roast) mindre SMM enn for eksempel lagermalt.

Under kokingen blir SMM omdannet til DMS, under isotermiske forhold (konstant temperatur) kan man bruke ligningen:

-dx/dt=cx                                                (1)

hvor x er [SMM], ([indikerer konsentrasjonen av stoffet]), T og C er positive konstanter.  Ligning 1 tilsier at reduksjonsraten til SMM er proporsjonal til den øyeblikkelige konsentrasjonen x. Konvensjonen er å skrive denne ligningen med tanke på halveringstiden til SMM. Ved bruk av halveringstid, kan konstanten C skrives slik:

C=In(2^1/h)                                               (2)

Hvor 2^1/h representerer 2 til (1/H) og indikerer den naturlige logaritmen (Hughes-Hallet, 1998) Løsninga for [x] til hvilken som helst tid (T) er :

X(t)= x₀*2^-t/h                                                         (3)

Hvor x₀ er den opprinnelige [SMM]. Empirien tilsier at halveringstiden til SMM er 40 minutter ved en isotermisk koking, med temperatur på 100 celsius og 1 atmosfære trykk.

For å illustrere dette:
La oss gå ut i fra at vi bruker malt som gjennomsnittlig inneholder 5 ug per gram malt, og at konsentrasjonen av malt er 200 g/L, som er ganske typisk for en batch på 12 plato/ 1.048 OG. Eventuell DMS som produseres under meskingen kan vi se bort i fra.

5 ug * 200 g/L = 1000 ug/L

Videre går vi ut i fra at vi koker ved 100 grader i 90 minutter, altså t=90

1000 ug/L * 2^{-(90min/40min)}= 1000* 2^-2,25= 1000*0,21= 210 ug/L 

[SMM] etter kok = 210 ug/L, resten blir til DMS, som vil si at [DMS] vil være:

1000 ug/L – 210 ug/L = 790 ug/L

God avdamping fra kjelen lar DMS som produseres slippe unna med dampen. Det gjenstående 210 ug/L SMM, kan sees på som potensiale for DMS, siden reaksjonen SMM ^__> DMS forsatt kan skje etter koking.

Det stedet man må være mest observant for produksjon av DMS er under nedkjølingen, spesielt hvis den skjer i et lukka system. Halveringstiden til SMM er relative til temperatur, ettersom temperature faller under 100 grader, øker halveringstiden. Man kan finne halveringstiden slik:

H(t)= 4000/t(t)                                        (4)

Ved 50 grader < T(t) < 100 grader. Ved temperaturer under 50 grader må tallet 4000 byttes ut med den funksjon av tid, som øker raskt under 40 grader. Dette impliserer at foranderinger i [SMM] over tid vil tilfredstille en tidsavhenging diferentiell ligning. Ligning (1), hvor C nå er en funksjon av tid via likning (2) og (4)

x(t)= x₀*2^-k(t)                                                  (5)

Hvor:

K(t)=1*T(1/2)/4000                                (6)

Merk at dersom T=100 reduseres likning (5) og (6) til (3) og H=40 min.

La oss anta at vørteren kjøler ned fra 100 grader til 10 grader på 60 minutter.T=60

T(1/2)= (100celsius + 10celsius)/2=55celsius

Da:

K(t)=(60 min * 55 celsius)/(4000)= 0.825

Dette betyr at av de 210 ug/L SMM som var igjen etter 90 minutter koking, er nå [SMM], etter kjøling til 10 grader på 60 minutter:

210 ug/L*2^-0.825= 210*0.564= 118 ug/L

og [DMS] som dannes under kjøling er:

210 ug/L – 118 ug/L = 92 ug/L

Praktisk talt all DMS vil bli oppløst i vørteren dersom et lukket system benyttes. Denne konsentrasjonen er i overkant av 3 ganger høyere en den konsentrasjonen som må til for at det kan smakes i ølet, som er på 30 ug/L. Dersom kjølingen skjedde dobbelt så fort, altså på 30 minutter, blir det slik:

K(t)= (30min*55celsius)/(4000)= 0.4125

Og

210 ug/L * 2^0.4125=210 ug/L * 0.725= 157 ug/L

 

[SMM]= 157 som vil si at :

[DMS] = 210 ug/L – 157 ug/L = 53 ug/L

[DMS]= 53 

Vi vet også at en gjæring( ale/overgjæring) vil redusere mengdene av SMM og DMS med ca 50%, grunnet utviklingen av CO₂. For kalde gjæringer (ca 10 grader) vil mengende bare reduseres med ca 25%.

Eksemplene og ligningene er hentet fra Principels of Brewing Science av George Fix.