Fassreifung – holzbasierte Aromastoffe in Spirituosen, Teil 1: Grundlagen

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Welche Hölzer werden für Wein- und Spirituosenfässer verwendet? Was bewirken Toasting und Charring? Warum ist Holz so ein komplexer Aromageber, und welche Schlüsselaromakomponenten werden durch die Reifung im Fass für Spirituosen extrahierbar? In diesem ersten von drei Teilen zu holzbasierten Aromastoffen stellen die Autoren die Grundlagen der Holzfassreifung vor.

Seit vielen Jahrhunderten werden Holzfässer zur Lagerung und zum Transport von Getränken genutzt. Erste geschichtliche Hinweise gehen auf die Kelten zurück. Vor allem die Lagerung in Fässern aus Eichenholz stellte sich als besonders vorteilhaft heraus. Die Gründe dafür sind vielfältig: Neben der Reduktion von unerwünschten sensorischen Eigenschaften und der Zunahme von diversen Aromaeindrücken und Farbe werden auch Verfügbarkeit und Verarbeitbarkeit des Holzes die Auswahl stark beeinflusst haben.

Vom Mindestmaß zum Qualitätsmerkmal

Auch heute ist der Genuss holzfassgelagerter Spirituosen wie Whisky, Rum oder Cognac sehr beliebt. Bei der Entwicklung bis heute nimmt der Immature Spirits Act von 1915 eine zentrale Rolle ein. Um während des Zweiten Weltkriegs eine höhere Besteuerung zu verhindern und eine bessere Qualität der Spirituose zu gewährleisten, einigte sich die „Wine and Spirit Brand Association“ mit dem britischen Premierminister David Lloyd George auf eine Lagerung von Whisky in Eichenfässern für drei Jahre. Damit war der Grundstein für die Lagerung von Spirituosen in Holzfässern zur Qualitätssteigerung gelegt. Eine vorgeschriebene Lagerung der Spirituosen in Holzfässern gibt es in der Europäischen Union vor allem für Whisky (mind. 3 Jahre), aber auch andere Spirituosen. Die Lagerdauer wird heutzutage weniger als Mindestmaß verstanden, sondern vielmehr als Qualitätsmerkmal holzfassgelagerter Spirituosen.

Holz ist ein komplexer Aromageber

Kernholz besteht neben Cellulose, Lignin und Hemicellulosen zu etwa 5–11 Prozent aus weiteren, durch Wasser oder Ethylether extrahierbaren Stoffen. Bereits im unbehandelten Holz lassen sich mehr als 150 Aromastoffe nachweisen, die einen Einfluss auf das Aroma von Spirituosen ausüben können.

Die Menge der in die Spirituosen extrahierbaren Komponenten hängt von unterschiedlichen Holzeigenschaften ab, das sind beispielsweise die Eichenart, das Alter, klimatische Gegebenheiten, die Herkunft und sogar der jeweilige Standort des Baumes. Weiterhin spielen die Holzbearbeitung, die Trocknung und Lagerung (Seasoning) sowie die Hitzebehandlung des Fasses (Toasting oder Charring) eine besondere Rolle. Einer der Hauptgründe für das Trocknen des Holzes vor der Weiterverarbeitung ist, dass ein adstringierender, bitterer Geschmack nach einer Holzreifung im Getränk minimiert wird. Zudem ändert sich die Zusammensetzung des Holzes während der Trocknung, sodass der negative Einfluss beispielsweise von Polyphenolen, Ellagtanninen oder Gerbsäuren auf das fassgereifte Getränk reduziert wird. Abbildung 1 zeigt eine Übersicht der Bestandteile des Eichenkernholzes.

Toasting und Charring

Um eine weitere Verbesserung des Aromas sowie eine Steigerung der Farbe bei Spirituosen zu erreichen, hat sich über die Jahrhunderte hinweg das Toasting oder Ankohlen – Charring – des Holzes durchgesetzt. Viele der aus dem Holzfass extrahierbaren Stoffe werden erst während dieser thermischen Holzbehandlung aus den hochstrukturierten Makromolekülen freigesetzt. Der Toasting-Prozess hat wahrscheinlich den größten Einfluss auf die chemische Zusammensetzung des Holzes und beeinflusst die Stoffmigration in die Spirituose während der Lagerung entscheidend.

Unter Toasting versteht man das Erhitzen der Fassinnenseite mit einer Flamme bei einer Temperatur (bis 300 °C), die niedrig genug ist, damit das Holz nicht verbrennt, aber hoch genug, um die Holzoberfläche und die darin enthaltenen Aromastoffe für die Spirituosen besser zugänglich zu machen. Durch diese Hitzeeinwirkung kommt es zu einer Maillard-Reaktion und einem damit einhergehenden Bräunungseffekt der Holzzucker (Glucose und Xylose) mit den im Holz natürlich enthaltenen Aminosäuren.

Im Gegensatz dazu kommt es beim Charring zu einem Verkohlungsprozess des Holzes, der bei höheren Temperaturen (bis 450 °C) stattfindet. Hierbei bildet sich eine Holzkohleschicht aus pyrolysiertem Material. Zudem resultiert die Hitzebehandlung in der Ausbildung eines Temperaturgradienten in den Fassdauben, aus der entsprechend unterschiedliche Konzentrationen der extrahierbaren Stoffe in der Tiefe der Daube hervorgehen.

Thermische Degradation des Holzes

Die thermische Degradation von Hemicellulose, Cellulose und des Lignins ist hauptverantwortlich für den Großteil der extrahierbaren Stoffe, von denen einige geruchsaktiv sind. Aber auch Stoffe wie die Tannine erfahren eine thermische Umwandlung während des Toastings und Charrings. Weiterhin entstehen beim Toasting-Prozess Verbindungen, die die Spirituosenfarbe beeinflussen.

Die Hemicellulosen sind besonders anfällig für den thermischen Abbau. Aus ihnen werden neben kurzen Polysacchariden, Pentose- sowie Hexosezucker freigesetzt. Durch weiteres Erhitzen können diese im Rahmen von Maillard- und Streckerreaktionen zu Furfural oder 5-Hydroxymethylfurfural, Stoffe mit bittermandel- und karamellartigem Aroma, umgewandelt werden. Im Vergleich dazu ist Cellulose wegen ihrer kristallinen Struktur relativ temperaturstabil.

Die Grundlagen für eine Vanillenote in holzgelagerten Spirituosen werden durch den thermischen Abbau von Lignin gelegt. Im Gegensatz dazu wird die holzige Kokosnote, welche maßgeblich durch die Whiskylacton-Isomere hervorgerufen wird, ebenfalls positiv durch eine stärkere Hitzebehandlung des Eichenholzes beeinflusst.

Eine Übersicht über die stofflichen Veränderungen der Eichenholzbestandteile während der Hitzebehandlung gibt Abbildung 2. Nach der Hitzebehandlung ist das Eichenholz schließlich Quelle für eine große Bandbreite an Aromastoffen, die in die Spirituose extrahiert werden können.

Chemische Reaktionen in den Spirituosen

Die Reaktionen während der Holzfassreifung sind von den folgenden Faktoren abhängig:

• Art und Alkoholstärke der Spirituose;
• Lagerzeit;
• Lagertemperatur und Feuchtigkeit;
• verwendete Holzart, Holzbehandlung, Fassgröße;
• Wiederbelegung des Fasses und dessen vorheriger Verwendungszweck;
• Verwendung von anderen Lagergefäßen.

Fässer bieten aber keine unendliche Ressource für die Reifung, da die extrahierbaren Stoffe erschöpfen und die Fässer nur ein paar Mal wiederaufbereitet und wiederbelegt werden können.

Die Reaktionen, die während der Reifung stattfinden und sowohl die im Rohdestillat vorhandenen Verbindungen als auch die aus dem Holz stammenden Verbindungen betreffen, umfassen Oxidationsreaktionen, Veresterungen, Maillard-Reaktionen, Polymerisationen und Polykondensationen.

Entsprechend breit sind die Aromaeindrücke, die durch eine Holzfassreifung entstehen. Mit zunehmend intensiverem Toasting werden vermehrt holzig-rauchig-röstige Aromen gebildet.

Schlüsselaromastoffe

Der charakteristische Geruch des Eichenholzes wird jedoch vor allem auf das Whiskylacton zurückgeführt. Sein Geruch wird im Allgemeinen als whiskyartig, holzig und kokosartig beschrieben. Daneben stellt Eugenol (Nelke) ebenfalls eine aromatisch relevante Komponente dar, die sowohl in ungetoastetem als auch getoastetem Holz vorkommt. Ein weiterer Aromastoff mit sehr hoher Relevanz für holzgereifte Spirituosen ist Vanillin, sein Hauptbildungsweg ist die Thermodegradation von Lignin.

Die Lignindegradation ist generell ein Reaktionsweg, über den eine Vielzahl von phenolischen Säuren wie Syringasäure oder phenolische Aldehyde hervorgehen. Dazu gehört beispielsweise auch 4-Vinyl-Guajacol, das für das typische Weißbier-Aroma verantwortlich ist (rauchig-nelkig).

Weiterhin erwähnenswert sind die Methylphenole p-Cresol, m-Cresol und o-Cresol (rauchig-teerig bis pferdestallartiges Aroma), die durch Ligninpyrolyse entstehen können oder auf den Einsatz von getorftem Malz zurückgehen.

Neben den aus dem Lignin stammenden phenolischen Substanzen werden aus Tanninen ebenfalls Phenole freigesetzt. Allen voran sind dabei Gallussäure aus den Gallotanninen und Ellagsäure aus den Ellagtanninen zu nennen.

Zusätzlich können in hitzebehandeltem Holz Furanverbindungen (Furfural, 5-Methylfurfural oder 5-HMF) entstehen, die im Allgemeinen an verbranntes Aroma mit Mandelnoten erinnern.

Zusammengefasst sind bis dato mehr als 250 flüchtige Verbindungen in Eichenholz gefunden worden. Gerade den phenolischen Substanzen fällt im Hinblick auf das Aroma von holzgelagerten Spirituosen eine besondere Rolle zu. Obwohl die Konzentration der einzelnen Substanzen im Destillat oft unter dem jeweiligen Geruchsschwellenwert liegt, konnten jedoch synergistische Effekte beobachtet werden. Einen Überblick über diese Phenol-Verbindungen aus Holz gibt Abbildung 3.

Ausblick

Die Wissenschaft der Holzfassreifung stellt nach wie vor eine der größten Herausforderungen auf dem Gebiet der Spirituosenforschung und -analytik dar. Das Identifizieren und Quantifizieren von Aromastoffen, die während der Reifung aus dem Holz extrahiert werden können, ist aber ein wichtiger Schritt, um eventuell entstehenden Produktionsfehlern vorzubeugen, Prozesse zu optimieren und gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten. Zudem kann die Analytik bei der Produktentwicklung neuer Getränke unterstützen. In Teil 2 und Teil 3 dieser Artikelreihe beschäftigen sich die Autoren mit analytischen und sensorischen Ansätzen zur Untersuchung der Reifungsprozesse in Holzfässern.

Dieser Beitrag ist die gekürzte Fassung eines ursprünglich in BRAUWELT Nr. 40-41, 2021, S. 1011–1014 erschienenen Artikels.