Nieuwe gist voor beter bier

Pfffssssttt. Een medewerker van het Leuvense gistlab van professor Kevin Verstrepen trekt een flesje Stella open. Pfffssssttt. Dat was een Guinness. Het is nog lang voor de middag, maar het bier vloeit al rijkelijk. Drinken doen de onderzoekers niet. De laborant schenkt het bier in een erlenmeyer en verdeelt het met een pipet over petriplaatjes.

Verstrepen en zijn collega’s bestuderen de oorsprong van aroma’s en alcohol in bier, ingrediënten die we grotendeels danken aan gist. De onderzoekers selecteren daarvoor gist uit bier, maar ook uit brood, wijn, bomen, planten en rottend fruit. Hun diepvriezer herbergt dertigduizend giststammen, waarvan duizend biergisten.‘Van elke variant weten we wat ze kunnen: hoeveel alcohol hij maakt, welk voedsel hij verkiest, welk aroma hij produceert en bij welke temperatuur hij het beste gedijt’, zegt Verstrepen.

Hij kweekt nieuwe gistvarianten die aan de wensen van brouwers en bierdrinkers voldoen. ‘Gisten zijn eencellige schimmels die zich seksueel voortplanten. Het is pure veeteelt. Je dropt twee gisten samen en hoopt dat het klikt. Hoewel we dat kunnen, knippen en plakken we niet met DNA. Genetische modificatie is taboe bij brouwers, vooral bij hun marketeers.’

De biotechnoloog haalt verder alles uit de kast om de gisten een handje te helpen. ‘We experimenteren bijvoorbeeld met temperaturen en voedingsbodems. Soms breken we hun celwand af of voegen we hormonen toe en onze labrobot kan duizenden rendez-vous tegelijk organiseren. Met het meest veelbelovende nageslacht brouwen we op kleine schaal en evalueren het resultaat.’

Het lab van Verstrepen doet niets anders dan wat brouwers al vele eeuwen doen, maar sneller en doelgerichter. In de zestiende eeuw begonnen brouwers gist te domesticeren, zelfs al wisten ze niet wat gist was. ‘Brouwers ontdekten dat ze de kans op geslaagd bier konden vergroten door het bodempje van hun vorige brouwsel bij nieuwe brouwsels te kappen. Onbewust selecteerden ze gistvarianten die specifieke suikers kunnen omzetten, aangepast zijn aan hun bewaaromstandigheden en gewenste smaken opleveren.’

Die menselijke hand maakte Verstrepen zichtbaar in een giststamboom die hij onlangs samen met onder andere bio-informaticus Steven Maere van de Universiteit Gent opmaakte. Dat genetische familieplaatje laat zien dat alle hedendaagse bier-, wijn- en broodgisten (de Saccharomyces cerevisae) afstammen van dezelfde wilde voorouders. Biergist zetten we veel meer naar onze hand dan wijn. Verstrepen wijt dat aan het brouwproces. ‘Bier werd bijna onophoudelijk gebrouwen en gist werd van het ene in het andere brouwvat gedropt. Wijn werd slechts gemaakt toen de druiven klaar waren. Daartussen waren de wijngisten genoodzaakt om in het wild te overleven en zich voort te planten, waardoor wijngist altijd weer naar zijn wilde status evolueerde.’

Het is niet verwonderlijk dat de pioniers van de gistwetenschap ook biermakers waren, Louis Pasteur op kop. Hij maakte het mogelijk om biergisten te isoleren en te kweken. Emil Hansen van de Carlsberg-brouwerij gebruikte die kennis om een gistvariant te isoleren die het ook bij lage temperaturen (4 tot 12 graden Celsius) goed doet. Dat zijn ongunstige omstandigheden voor bacteriën die de smaak van bier verpesten. Die zogenoemde lage gisting maakte het mogelijk om pilsbier op industriële schaal te brouwen. De gist van Emil Hansen (Saccharomyces carlsbergensis of Saccharomyces pastorianus) is vandaag de meest gebruikte biergist van de wereld.

Verstrepen gaat nog een stap verder dan Pasteur en Hansen. In opdracht van brouwerijen of uit pure wetenschappelijke interesse, kweekt hij gericht gisten met specifieke eigenschappen, bijvoorbeeld een gist die veel alcohol maakt. ‘Brouwers gebruiken zo’n gist om pilsbier met een hoge alcoholconcentratie te brouwen en het daarna weer aan te lengen met water. Die methode bespaart hen veel water tijdens het brouwen, terwijl de smaak er niet onder lijdt.’

De moeilijkheid is dat alcohol voor de meeste biergisten snel dodelijk is. ‘Ze moesten nooit evolueren om daartegen bestand te zijn. Om toch zo’n gist te maken, drop je de meest alcoholtolerante gist in een alcoholbad. Het nageslacht kent spontane mutaties of nieuwe combinaties van genetisch materiaal. Als zo’n mutatie ervoor zorgt dat bepaald nageslacht beter tegen alcohol kan, dan gaat dat sneller groeien en voilà, je hebt je gist. Zo kan je gist voor om het even welke toepassing laten evolueren. Het is gewoon Darwin in een proefbuis.’

Niet alle brouwers staan te springen voor verbeterde gisten. De meeste brouwers zijn voor hun topbieren getrouwd met de gist die ze vele jaren of zelfs eeuwen geleden uit hun brouwsel isoleerden. Ze vrezen dat hun bier zonder die huisvariant niet meer hetzelfde smaakt en dat klanten afhaken. ‘In mijn ogen houden heel wat brouwers krampachtig vast aan een slecht huwelijk. Hun gist heeft soms miserabele eigenschappen, op die typische smaak na. Hij stopt bijvoorbeeld te snel met fermenteren of zorgt voor een troebel bier dat de brouwer nog moet filteren.’

Verstrepen ziet ook een kentering in dat conservatisme. ‘De bestaande, traditionele gisten voor bekende bieren zijn incontournable, maar brouwers kiezen voor hun nieuwe bieren wel meteen voor een goed huwelijk.’ Voorbeelden wil Verstrepen niet geven. De grote brouwerijen houden hun plannen liever binnenskamers. ‘Helaas voor mij, want als wetenschapper wil ik niets liever dan mijn onderzoek met anderen te delen.’

Over het verzoek van een Canadese brouwerij mag hij wel praten. ‘Zij wilden een Belgische tripel met minder alcohol, maar zonder aromaverlies. ‘We selecteerden hiervoor de meest aromatische tripelgisten uit onze collectie. Het gros van hun nageslacht bezat een mengeling van de eigenschappen van beide ouders, maar er waren ook uitschieters met extreme vaardigheden. Die hebben we geselecteerd. Zo kwamen we uit op een gist die 50 procent meer aroma produceert dan zijn ouders. Die gist stuurden we naar Canada en daar gebruiken ze hem commercieel.’

Ook in het onderzoek naar betere wijngisten is minder alcohol een doel. ‘Veel wijnstreken merken dat hun druiven door het opwarmende klimaat steeds meer suikers bevatten, waardoor de wijn een hogere alcoholconcentratie krijgt. Let er maar eens op. Het is zeer moeilijk om nog een wijn met minder dan 12 procent alcohol te vinden. Die wijnmakers zijn gebaat bij een gist die minder alcohol maakt. Anders moeten ze binnenkort allemaal portwijn verkopen.’

Hoe meer nageslacht, hoe meer eigenschappen je kan kiezen. Het lab van Verstrepen gebruikt een kweekrobot die vele duizenden nieuwe gistvarianten produceert. Vroeger ging het per tientallen. Alleen moeten al die gisten nog bewijzen dat ze over de gewenste brouwersvaardigheden beschikken. Verstrepen en zijn collega’s moeten ermee brouwen. Dat gebeurt onder andere in kleine erlenmeyers, wat behoorlijk tijdsintensief is. Daarom werkt hij samen met IMEC aan brouwmodules in chips.

‘Het zijn brouwerijen van twee bij twee centimeter. In de chips zitten microdruppels bier ingebed in olie. We kunnen daar gisten in brengen, een gist per druppel, en enkele duizenden gisten per microchip. De chip evalueert vervolgens de fermentatievaardigheden van elke gistvariant.’ De omzetting van suikers naar alcohol kan je eenvoudig kwantificeren. Aroma is een pak moeilijker. ‘Daarvoor moeten we merkers in de gisten inbouwen, genetische modificatie dus, en dat is bij brouwers not done.’ De chip analyseert wel bitter- en zoetcomponenten. Die geven een aanwijzing over het aroma, maar die is enkel voldoende om de slechte gisten er tussenuit te halen.

Met de betere gisten gaan de onderzoekers op kleine schaal brouwen. Het resultaat proeven ze een keer per week. ‘Om tot het bierproefpanel toegelaten te worden moeten onze onderzoekers een intensieve cursus volgen waarin ze stoffen leren te herkennen. Iedereen kan wel het moutkarakter of de hoptoevoeging beoordelen, maar er zijn meer specifieke geuren, zoals 4-vinyl­guaiacol, dat zorgt voor een specifiek aroma omschreven als gerookt. Dat aroma is soms gewenst in speciaal­bieren, maar niet welkom in pilsbieren. Je moet die consequent leren beoordelen en de off-flavours herkennen en beoordelen.’

Alle proevers worden voortdurend beoordeeld op de reproduceerbaarheid van hun evaluatie. ‘Na een paar maanden laten we hetzelfde bier nog eens passeren, waardoor we bepalen of dezelfde proever altijd dezelfde beoordeling geeft. Zelden zitten onze proevers ernaast.’

Het organiseren van nieuwe gisteigenschappen wordt pas echt makkelijk als er genetische modificatie bij komt kijken. Verstrepen doet het al voor fundamenteel onderzoek. Zo kon hij een gist maken die honderd tot duizend keer meer aroma produceert, op natuurlijke wijze is slechts een factor tien haalbaar. Ook gisten die, nadat ze hun werk hebben gedaan, neerslaan of aan de fles blijven kleven, zijn vrij eenvoudig te maken met gentechnologie. ‘Die gist is veilig en we zouden die kunnen laten goedkeuren bij de EU, maar voorlopig willen we dat nog niet. Ook de brouwers niet, zij vrezen voor de connotatie van satanbier. Wij willen vooral eerst honderd procent zeker zijn dat de gemodificeerde gisten verstandig worden gebruikt. Er zijn ook kleine brouwerijen, vooral dan uit de Verenigde Staten, die via een genetisch gemodificeerde gist op zoek zijn naar sensatie.’

Grote brouwerijen lijken bijna op farmaceutische bedrijven die bier klinisch in elkaar knutselen. De productie wordt reusachtiger, het brouwproces efficiënter en de smaak voorspelbaarder. Tegelijk moet de consument het idee hebben dat zijn bier ambachtelijk is en in tonnetjes achterop een paardenkar naar het café wordt gebracht.
 
‘Dat is natuurlijk complete onzin. Een traditionele pils brouwen is bijvoorbeeld onmogelijk. Als de brouwer tijdens het brouwen, gisten, rijpen, filteren en bottelen ook maar één fout maakt, dan proeft de klant dat en haakt misschien af. Van wijn vinden we het normaal dat die jaar na jaar anders smaakt, omdat de druivenoogst elk jaar anders is. Dat is met gerst en hop ook zo, en dus is het voor de brouwer een huzarenstuk om een biermerk altijd hetzelfde te laten smaken. Biotechnologie helpt de brouwers, en geloof me, die ingrepen leveren meestal beter bier op.’

Het wetenschappelijk gistonderzoek opent volgens Verstrepen ook deuren naar nieuwe smaken en bierstijlen. Dat bewees doctoraatstudent Stijn Mertens onlangs. Hij maakte gisten die onze ‘simpele’ pintjes meer smaak kunnen geven. ‘Alle marketing ten spijt is pils eenheidsworst. Dat komt gedeeltelijk omdat er weinig genetische verschillen bestaan tussen de brouwersgisten. Die genetische variatie uitlokken is niet vanzelfsprekend. Pilsgist kruist niet graag met andere varianten. Mertens slaagde er toch in 31 kruisingen te maken, waarvan er tien interessant waren en twee zeer sterk resultaat leverden. Ze fermenteerden sneller dan de commerciële standaardgist en produceerden heel aangename, nieuwe aroma’s.’

Ook van buiten het lab komen er tekenen dat het ambacht en het conservatisme loslaten geen bedreiging vormt voor de smaak. ‘Craft breweries experimenteren met nieuwe en wilde gisten, of overtreden bewust technische brouwregels om nieuwe smaken te genereren. Dat zorgt voor nieuwe variatie in het bierlandschap. Ik durf zelfs te beweren dat veel van die craft breweries beter zijn dan de brouwerijen die we door de globalisering van de bierwereld zijn verloren. Ook grotere brouwerijen durven tegenwoordig het avontuur op te zoeken. Dat moeten ze doen om zich te wapenen tegen de originele bieren die vanuit de Verenigde Staten, Spanje en zeker ook Nederland op ons afkomen. Ik heb er alle vertrouwen in dat het bier voor fijnproevers helemaal niet in gevaar is.’