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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
O
O
O
OH
HO
HO
OH
O O
O
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
OHO
HO
R
OH
R
HO
OHO
O
alpha-Säuren beta-Säuren
Die Bitterstoffe des Hopfens
Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau
R
OH
HOHO
O
O
R
OH
O O
O
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
OHO
HO
O O
O OH
OHHO
O O
O
SH
UV-Lichth ν
-H·
-CO +SH •
3-Methyl-2-buten-1-thiol
Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau
Reduzierte Iso-α-SäurenO O
OH
HO
O
O O
OH
HO
O
O O
OH
HO
HO H
O O
OH
HO
HO H
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
O
OH
HO
OCH3O
Xanthohumol Isoxanthohumol
Xanthohumol und Isoxanthohumol
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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
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(+)-Ca techin (-)-Epica techin
OHO
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
OHHO
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
HO
Galloca techin
Chemische Strukturen einiger Hopfen-polyphenole, Flavan-3-ole
Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau
Procyanidin B3 Prode lphinidin B3
HO O
OOH
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
HO O
OH
OH
O
OH
OH
OH
OHHO
OH
OH
OH
Chemische Strukturen einiger Hopfen-polyphenole, Proanthocyanidine
Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau
Catechine können polymersisieren zu den Catechingerbstoffen
O
OHOH O
OH
OH
HO
OH
OH
OHO
OH
OH
OH
HO
OH
OH
OH
n
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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
O
OH
OH
OH
HO
OHO
3
O
OH
OH
HO
OHO
Quercetin Kämpferol
Dr. Klaus Kammhuber, IPZ 5dPflanzenbau
OHO
OCH3
OH
O
Isoxanthohumol
O
OH
HO
OHO
8-Prenylna ringeninim Hopfen < 0,01 %
HO
OH
OH
Resvera trolim Hopfen < 0,01 %
Resveratrol, Isoxanthohumol,8-Prenylnaringenin,
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8-Prenylnaringenin, 17-ß-Östradiol
O
OH
HO
OHO
HO
OH
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 %)
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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)