Het geheim van klassieke Belgische bieren? Middeleeuwse supergisten!

(21-10-2019) Het geheim van sommige bekende Belgische bieren, zoals gueuze en verschillende trappistenbieren, ligt in een zeldzame vorm van hybride gisten.

Een internationaal team wetenschappers onder leiding van prof. Kevin Verstrepen (VIB-KU Leuven) en prof. Steven Maere (VIB-UGent) heeft ontdekt dat voor de productie van sommige van de meest vermaarde Belgische bieren, een zeldzame vorm van hybride gisten ingezet wordt. Deze gisten combineren eigenschappen van de traditionele biergist, Saccharomyces cerevisiae, met dat van stress-resistente natuurlijke gisten zoals Saccharomyces kudriavzevii

Een gemengde oorsprong

“Deze gisten zijn hybriden, een mix van twee compleet verschillende soorten, die veel sterker zijn dan de originele soorten,” zegt Jan Steensels (VIB-KU Leuven Centrum voor Microbiologie), die het labowerk van de studie coördineerde. “Denk aan leeuwen en tijgers die een superbaby maken.”

Zulke hybridisaties tussen soorten zijn zeldzaam. Ze lijken vaker voor te komen door het domesticatieproces. In dit geval combineren de hybride gisten belangrijke karakteristieken van beide oudersoorten: de fermentatiecapaciteit van normale biergist en de stresstolerantie en het vermogen om special aroma’s te vormen van oude, natuurlijke gisten zoals S. kudriavzevii. Deze gisten kwamen toevallig in de brouwerij terecht tijdens het brouwproces in de Middeleeuwen.

Het team van het VIB-KU Leuven Centrum voor Microbiologie en de Universiteit van München, samen met industriële partners, spendeerde vijf jaar aan de identificatie van de gisten die vandaag gebruikt worden om bier, wijn, brood, en biobrandstof te produceren. De genetische analyse was uitdagend werk want geen van de bestaande technieken voor DNA-analyse kan een dergelijke gemengde oorsprong ontrafelen.

Hiervoor kon het team verassend genoeg rekenen op de plantexpertise van bio-informatica-expert prof. Steven Maere (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie):

“Planten hebben sommige van de meest complexe genomen van alle levende wezens. Het is fascinerend dat complexe hybriden met verdubbelde genomen prominent aanwezig zijn in zowel gisten als planten.”

Een verrassing in DNA

“Deze bevinding was een verrassing voor ons,” zegt Brigida Gallone (VIB-KU Leuven Centrum voor Microbiologie), hoofdauteur van de studie die vandaag verschijnt in Nature Ecology and Evolution. “In 2016 meldden we dat het grootste deel van industriële gisten behoren tot, of afkomstig zijn van, de traditionele bier- en bakkersgist, Saccharomyces cerevisiae. Deze industriële gisten verschillen erg van hun natuurlijke voorouders. Verschillende subfamilies hebben zich aangepast aan bier-, wijn-, en bakkerij-omgevingen. Maar doorgedreven onderzoek maakt nu duidelijk dat sommige gisten die we isoleerden uit oude Belgische bieren, zoals gueuze en trappisten, nog ongewoner waren en DNA van twee verschillende gistsoorten bevatten.”

“Het lijkt erop dat deze unieke natuurlijke gisten de ontwikkeling volgden van sommige van de meest vermaarde Belgische bieren,” zegt Dr. Philippe Malcorps, Senior Scientist bij het Global Innovation and Technology centrum van AB-InBev, de grootste brouwerij ter wereld. Het team van Dr. Malcorps hielp bij de isolatie van gisten uit sommige spontane-fermentatie-bierkelders van de brouwerij. Die natuurlijke gisten zijn de levende getuigen van het pre-industrieel brouwen. Ze zijn aangepast aan de barre omstandigheden bij de fermentatie van sterke Trappisten of kunnen overleven in de langdurige lagering typisch voor Gueuze-bieren.  

“We zouden kunnen zeggen dat de unieke habitat in houten fermentatievaten gemaakt door avontuurlijke Middeleeuwse Belgische brouwers deze nieuwe soorten toestond te floreren,” zegt prof. Kevin Verstrepen (VIB-KU Leuven Centrum voor Microbiologie).

Een geschiedenis van gisten

Naast de speciale Belgische biergisten verzamelde het onderzoeksteam ook een groot aantal hybride gisten van S. eubayanus and S. cerevisiae, of van S. uvarum die sterk zijn aangepast aan koude fermentatie van pilsbieren. Het was reeds gekend dat lage gisten, die gebruikt worden voor pilsbieren, hybriden waren. Nu toont de complete DNA-analyse van een groot aantal van deze gisten dat ze ontstonden in Middeleeuws Duitsland en zich vandaar verspreidden over verschillende Europese brouwerijen naarmate de pils-bieren populairder werden.

“Het is geen toeval dat het hedendaagse bier zijn oorsprong heeft in België en Duitsland, twee landen die misschien wel het meest met de kunst van het bierbrouwen worden geassocieerd,” zegt prof. Mathias Hutzler (TU München) die ook meewerkte aan de studie en gisten aanleverde uit de oudtste Duitse brouwerijen en bierkelders.

Aanvullend op het isoleren en karakteriseren van meerdere gisten uit klassieke brouwerijen, gebruikt de groep van prof. Verstrepen deze inzichten nu ook om nieuwe hybriden te maken die nog beter zijn in het fermenteren van smaakvol bier. Door verschillende natuurlijke gisten, geïsoleerd van over de hele wereld, te kruisen, hoopt het team nieuwe biergisten te ontwikkelen. Het moet brouwers toestaan nieuwe aroma’s te ontwikkelen of op een meer ecologische en duurzame manier bier te maken. Dit laatste kan bijvoorbeeld door de noodzaak voor koeling te beperken of door sterkere, geconcentreerde bieren te maken die dan later verdund kunnen worden tot een drinkbaar product.

Publicatie

Interspecific hybridization facilitates niche adaptation in beer yeast, Gallone, Steensels et al., Nature Ecology & Evolution 2019. DOI 10.1038/s41559-019-0997-9

Info

Kevin Verstrepen (VIB-KU Leuven)
M +32 495 38 42 15


Steven Maere
Vakgroep Plantenbiotechnologie en Bio-informatica