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Die Bedeutung der Hopfen- inhaltstoffe für das Bier- brauen und für die Gesundheit

Die Bedeutung der Hopfen- inhaltstoffe für das Bier- brauen und … en bierbrouwen.pdf · 2015. 4. 7. · Substanzen und Substanzgruppen Konzentrationen Phenolische Carbonsäuren

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  • Die Bedeutung der Hopfen-inhaltstoffe für das Bier-

    brauen und für dieGesundheit

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Arzneipflanze des Jahres 2007 ist der Hopfen.

    Der Studienkreis Entwick-lungsgeschichte der Arznei-pflanzenkunde an der Uni-versität Würzburg ernannte Hopfen zur „Arzneipflanze des Jahres 2007“.

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Hopfen

    Hopfen als Heilmittel warschon in der Antike bei denGriechen und Römern und inder arabischen Welt bekannt.

    Hopfen als Brauzusatz isteine Erfindung der Möncheim Mittelalter.

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Das Bierbrauen ist so alt wie die menschliche Kultur !

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Das Bierbrauen ist so alt wie die menschliche Kultur !

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Die Braukunst wurde im Mittelaltervor allem in den Klöstern perfektioniert.

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Die Braukunst wurde im Mittelaltervor allem in den Klöstern perfektioniert.

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    „Der Hopfen trockne die Eingeweide aus, mache traurig und betrübt. Aber durch seine Bitterkeit be-wirke er immerhin, dass sich Getränke, denen er zugesetzt ist, lange hielten“

    Hildegard von Bingen (12. Jahrhundert)

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Im 19. Jahrhundert wurde die Chemie des Bierbrauens und des Hopfens allmählich

    wissenschaftlich verstanden.

    Louis Pasteur (1822-1895) Eduard Buchner (1860-1917)

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Anwendung von Hopfen in der Volksmedizin

    Adstringierend Eiterbeulen Magenkrampf

    Angstzustände Einschläfernd Migräne

    Appetitlosigkeit Früjahrsmüdigkeit Nächtliche Samenergüsse

    Aufgeregtheit Falten Nervöse Spannungen

    Bakterientötend Gelbsucht Osteoporose

    Beruhigendes Mittel Gonorrhoe Podagra

    Blutreinigend Halsschmerzen Rheumatisches Leiden

    Blasenkatarrh Harntreibend Schlaflosigkeit

    Blasenstein Herzklopfen Skrofulose

    Bluten Krätze Verdauungsfördernd

    Brustvergrößerung Krampfstillend Wechseljahre

    Diarrhoe Leberkrankheit Wundheilmittel Quelle: Dr. Norbert Frank dkfz Heidelberg

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Physiologische Eigenschaften von Hopfen

    antimikrobiell (Schutz vor Pilzen, Bakterienund Viren)anticanzerogen (Schutz vor Krebs)anti-inflammatorisch (entzündungshemmend)antioxidativ (Schutz vor freien Radikalen)blutdrucksteuernd (Vorbeugung von Herz- und Kreislauferkrankungen)blutzuckerregulierend (Vorbeugung von Diabetes)immunmoduliernd (Stärkung des Immunsystems)digestiv (verdauungsfördernd)östrogen (verweiblichend)

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Die Zusammensetzung des Hopfens

    Unspezifische Inhaltsstoffe Betrag in % Wasser 9 - 12 Cellulose 10 - 17 Zucker 4 - 8 Proteine 13 - 18 Aminosäuren 3 - 8 Pektinstoffe 5 - 15 Salze 7 - 10 Spezifische Inhaltsstoffe Betrag in % Harze 12 - 25 Ätherische Öle 0,5 - 2 Polyphenole 2 - 5

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Hopfendolde mit Lupulin und mikros-kopische Aufnahme einer Lupulindrüse

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Lupulindrüsen auf Doldenblättern

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

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    Humulon: Heinrich Wieland 1925

    Humulon: tatsächliche StrukturHeinrich Otto Wieland (1877-1957)

    Heinrich Wieland und die Hopfenbitterstoffe

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    α-Säuren (1) ß-Säuren (2) R = CH2CH(CH3)2 n-Humulon n-Lupulon R = CH(CH3)2 Cohumulon Colupulon R = CH(CH3)CH2CH3 Adhumulon Adlupulon R = CH2CH2CH(CH3)2 Prähumulon Prälupulon R = CH2CH3 Posthumulon Postlupulon

    O

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    alpha-Säuren beta-Säuren

    Die Bitterstoffe des Hopfens

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    R

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    HO

    α-Säuren Iso-α-Säuren

    Isomerisierung der α-Säuren zu den Iso-α-Säuren

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Bildung des „lightstruck“ Geschmacks im Bier

    ..

    +

    OO

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    SH

    UV-Lichth ν

    -H·

    -CO +SH •

    3-Methyl-2-buten-1-thiol

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Reduzierte Iso-α-SäurenO O

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    Iso-Humulon

    Rho-iso-Humulon

    Tetrahydro-iso-Humulon

    Hexahydro-iso-Humulon

    NaBH4

    H2

    NaBH4 + H2

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    MonoterpeneC10-Verbindungen

    (z.B. Myrcen)

    SesquiterpeneC15-Verbindungen

    (z.B. Humulen)

    Kohlenwasserstoffe(Kohlenwasserstofffraktion)

    Terpen- alkohole

    (z.B. Linalool)

    Sonstige Ester,Aldehyde und

    Ketone

    oxidierteSesquiterpene

    (z.B. Caryophyllenoxid)

    SauerstoffhaltigeKomponenten

    (Sauerstofffraktion)

    Hopfenöl(ca. 300 Aromakomponenten)

    Die ätherischen Öle des Hopfens

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    A b s o rp tio n s e in h e ite n in m V

    R e te n tio n s ze it in M in u te n0

    S2 = α-Pinen S34 = Aromadendren S3 = 2-Methyl-3-Buten-2-ol Hum = Humulen S6 = ß-Pinen S40b = γ-Muurolen Myr = Myrcen S40c = Viridifloren S11 = Limonen S42 = ß-Selinen S19 = nicht identifiziert S43 = α-Selinen S27 = α-Ylangen S44 = Cadinen S28 = α-Copaen S45 = Selinadien BCar = ß-Caryophyllen

    Headspace-Gaschromatogramm der Sorte Hersbrucker Spät

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Wie funktioniert Riechen ?

    Quelle: Fokus

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Strukturen und Geschmackschwellenwertevon R(-) und S(+)Linalool

    R(-)LinaloolOTBier = 2,2 µg/l

    S(+)LinaloolOTBier = 170 µg/l

    Linalool gilt als Indikator für ein gutes Hopfenaroma (Dissertation D. Kaltner)

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    HO

    2-Methyl-3-buten-ol

    Die ätherischen Öle wirken beruhigend und sedativ

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Benzoesäure- Derivate Zimtsäure- Derivate

    phenolischeCarbonsäuren

    Flavonoide(Catechin, Quercetin Kämpferol, Xanthohumol)

    heterocyclische Polyphenole

    monomerePolyphenole

    Procyanidine(Proanthocyanidine, Prodelphinidine)

    niedermolekulare Polyphenole

    Catechingerbstoffe Tannine

    höhermolekulare Polyphenole

    polymere Polyphenole

    Polyphenole

    Die Polyphenole des Hopfens

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Krankheiten und oxidative Prozesse

    Krankheiten, die auf oxidativen Prozessen beruhen sind z.B.:

    • Krebs• Artherosklerose• Alzheimer• Parkinson

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    OHHO OH

    OCH3 O

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    HO

    OCH3O

    Xanthohumol Isoxanthohumol

    Xanthohumol und Isoxanthohumol

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Quantitative Zusammensetzung derHopfenpolyphenole

    Substanzen und Substanzgruppen

    Konzentrationen

    Phenolische Carbonsäuren 1) Benzoesäure-Derivate < 0,01 % 2) Zimtsäure-Derivate 0,01 – 0,03 % Flavonoide 3) Quercetinglykoside 0,05 – 0,23 % 4) Kämferolglykoside 0,02 – 0,24 % 5) Catechine und Epicatechine 0,03 – 0,11 % 6) Proanthocyanidine 0,06 – 0,15 % Höher molekulare Substanzen 7) Catechingerbstoffe und Tannine

    2,00 – 7,00 %

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Benzoesäuren:o-Hydroxybenzoesäure (2-OH)m-Hydroxybenzoesäure (3-OH)p-Hydroxybenzoesäure (4-OH)Protokatechusäure (3,4-OH)ß-Resorcinsäure (2,4-OH)Vanillinsäure (4-OH, 3-OCH3)Gallussäure (3,4,5-OH)

    Phenolische Carbonsäuren(Benzoesäuren, Zimtsäuren)

    Zimtsäuren:o-Cumarsäure (2-OH)m-Cumarsäure (3-OH)p-Cumarsäure (4-OH)Kaffeesäure (3,4-OH)ChlorogensäureFerulasäure (4-OH, 3-OCH3)Isoferulasäure (3-OH, 4-OCH3)

    2

    3

    4

    6

    5

    COOH

    HOOC

    2

    3

    4

    6

    5

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    (+)-Ca techin (-)-Epica techin

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    OH

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    Galloca techin

    Chemische Strukturen einiger Hopfen-polyphenole, Flavan-3-ole

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Procyanidin B3 Prode lphinidin B3

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    Chemische Strukturen einiger Hopfen-polyphenole, Proanthocyanidine

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Catechine können polymersisieren zu den Catechingerbstoffen

    O

    OHOH O

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  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Quercetin und Kämpferol

    Quercetin-3-galactosid Kämpferol-3-glukosidQuercetin 3-glukosid Kämpferol-3-rutinosidQuercetin-3-arabinosid Kämpferol-3-arabinosidQuercetin-3-rhamnosid Kämpferol-3-rhamnosidQuercetin-3-rutinosid Kämpferol-3-malonyl-hexosidQuercetin-3-malonyl-hexosid Kämpferol-3-neohesperidosidQuercetin-3-neohesperidosid

    3

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    Quercetin Kämpferol

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    OHO

    OCH3

    OH

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    Isoxanthohumol

    O

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    8-Prenylna ringeninim Hopfen < 0,01 %

    HO

    OH

    OH

    Resvera trolim Hopfen < 0,01 %

    Resveratrol, Isoxanthohumol,8-Prenylnaringenin,

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    8-Prenylnaringenin, 17-ß-Östradiol

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    8-Prenylnaringenin 17-ß-Östradiol

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Mögliche Risikofaktoren des Hopfens

    • Pflanzenschutzmittelrückstände (umfangreiche Untersuchungen, alleWerte sind unterhalb der zugelassenenHöchstmengen)

    • Mykotoxine (nicht nachweisbar)• Schwermetalle, Radionuklide (in Spuren

    nachweisbar, keine Anreicherung imHopfen, entspricht der allgemeinen Um-weltbelastung)

    • Nitrat (teilweise mehr als 1 %)

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Hopfen als antimikrobieller oder bakteriostatischerZusatzKonservierungsmittel in der Lebensmittelindustrieß-Säuren in der Zuckerindustrie, Formalin soll ersetzt werden ß-Säuren in der Ethanolproduktion Hygenisierung von biogenen Abfällen (Klärschlamm, Kompost)Beseitigung von SchimmelpilzbefallGeruchs- und Hygieneverbesserung von StreuKontrolle von Allergenen

    Hopfen in Lebensmitteln (Brot, Wurst, Hopfenlikör)

    Anwendungsmöglichkeiten von Hopfenaußerhalb der Brauerei

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Hopfeninhaltsstoffe als Bestandteil von KosmetikaGesichtscreme, Badebalsam, DuschgelZahncreme, Mundwasser

    Hopfen in Medikamentenin Kombination mit Baldrian in BeruhigungsmittelnHormonersatzpräparateVorbeugung von OsteoporosePräparate gegen Krebs

    Functional Foods, Nahrungsergänzungsmittelz.B. Xan-Bier

    Anwendungsmöglichkeiten von Hopfenaußerhalb der Brauerei

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Ganzheitlichkeit oder Reduktionismus ?

    Aristoteles

    „Das Ganze ist mehr als die Summe seinerTeile“

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Arbeitsgruppe IPZ 5d(Hopfenqualität und –analytik)

    Aristoteles

    Team IPZ 5dDr. Klaus Kammhuber (Dipl. Chem.)Cornelia Petzina 0,7 (Dipl. Ing. Agr.)Birgit Wyschkon 0,6 (CTA)Evi Neuhof-Buckl 0,6 (CTA)Silvia Weihrauch 0,6 (CTA)(Aushilfen)

  • Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau

    Vielen Dankfür Ihre

    Aufmerksamkeit !

    Arzneipflanze des Jahres 2007 ist der Hopfen.HopfenDas Bierbrauen ist so alt wie die menschliche Kultur !Das Bierbrauen ist so alt wie die menschliche Kultur !Die Braukunst wurde im Mittelalter� vor allem in den Klöstern perfektioniert.Die Braukunst wurde im Mittelalter� vor allem in den Klöstern perfektioniert.Hildegard von Bingen (12. Jahrhundert)Im 19. Jahrhundert wurde die Chemie des Bierbrauens und des Hopfens allmählich wissenschaftlich verstanden.Anwendung von Hopfen in der VolksmedizinPhysiologische Eigenschaften von HopfenDie Zusammensetzung des HopfensHopfendolde mit Lupulin und mikros-kopische Aufnahme einer LupulindrüseLupulindrüsen auf DoldenblätternHeinrich Wieland und die HopfenbitterstoffeDie Bitterstoffe des HopfensIsomerisierung der a-Säuren zu den Iso-a-SäurenBildung des „lightstruck“ Geschmacks im BierReduzierte Iso-a-SäurenDie ätherischen Öle des HopfensHeadspace-Gaschromatogramm der Sorte Hersbrucker Spät Wie funktioniert Riechen ?Linalool gilt als Indikator für ein gutes Hopfenaroma (Dissertation D. Kaltner)Die ätherischen Öle wirken beruhigend und sedativDie Polyphenole des HopfensKrankheiten und oxidative ProzesseXanthohumol und IsoxanthohumolQuantitative Zusammensetzung der HopfenpolyphenolePhenolische Carbonsäuren�(Benzoesäuren, Zimtsäuren)Chemische Strukturen einiger Hopfen-polyphenole, Flavan-3-oleChemische Strukturen einiger Hopfen-polyphenole, ProanthocyanidineCatechine können polymersisieren zu den CatechingerbstoffenQuercetin und KämpferolResveratrol, Isoxanthohumol,� 8-Prenylnaringenin,8-Prenylnaringenin, 17-ß-ÖstradiolMögliche Risikofaktoren des HopfensAnwendungsmöglichkeiten von Hopfen�außerhalb der BrauereiAnwendungsmöglichkeiten von Hopfen�außerhalb der BrauereiGanzheitlichkeit oder Reduktionismus ?Arbeitsgruppe IPZ 5d� (Hopfenqualität und –analytik)