Was Sie schon immer über Alkohol wissen wollten...

Einst schwärmte der berühmte Literatur-Nobelpreisträger George Bernard Shaw: „Whisky ist flüssiges Sonnenlicht!“

 

Aber, man darf sich davon nicht blenden lassen. Whisky enthält mindestens 40 Volumenprozent Alkohol und Alkohol ist, aufgrund seiner bekannten Wirkung, eine Droge oder Gift.

 

Doch was genau ist Alkohol? Was verbrigt sich aus wissenschaftlicher Sicht dahinter? Sehen wir uns das mal genauer an...

 

Teil 1 – Ursprung und Nomenklatur

 

Vermutlich schon seit Menschengedenken wurde Alkohol hergestellt und getrunken. Entdeckte Belege aus China für ein fermentiertes Getränk aus Reis, Honig und Früchten wurden auf etwa 7.000 bis 6.600 vor Christus datiert. Alkoholische Getränke standen bzw. stehen meist im Mittelpunkt aller uns bekannten Kulturen. Doch wie entstand eigentlich der Name Alkohol? Wie ist man auf dieses Wort überhaupt gekommen?

 

Das Wort Alkohol ist arabischen Ursprungs, obwohl es heute kurioserweise nicht in Wörterbüchern des klassischen Arabisch zu finden ist. Es leitet sich vom arabischen al-kuhl (auch al-kohl) ab – wobei al- der Artikel ist – hatte aber zu der damaligen Zeit eine völlig andere Bedeutung. Mit al-kuhl bezeichnete man nämlich ein Pulver aus Antimonsulfid, ein natürlich vorkommendes Mineral, welches auch als Antimonglanz oder Grauspießglanz bekannt ist. Seit dem Altertum im Orient wurde eine angerührte Paste aus pulverisiertem Antimonsulfid und Wasser vor allem von Frauen zum Schminken verwendet, um sich die Augenbrauen, die Wimpern und den Rand der Augenlider schwarz zu färben.

 

Als später die Europäer diese Substanz im südlichen Spanien kennenlernten, die auch zu medizinischen Zwecken verwendet wurde, bezeichneten sie diese – und allmählich auch alle anderen feinen Pulver – und schließlich alle Arten von flüchtigen Essenzen als Alkohol. In der Bedeutung alcohol vini, dem Geist bzw. der Essenz des Weines, kehrte das Wort später wieder in den arabischen Sprachraum zurück und wurde zu al-kuhul.

 

So der geschichtliche Hintergrund zum Wort bzw. Namen.

 

Schon sehr früh erkannte man, dass Alkohol Bakterien abtötet und Lebensmittel konserviert. Aus biologischer Sicht ist Alkohol eine Energiequelle, denn etwa 10 Prozent der Enzyme in unserer Leber sind mit der Umwandlung von Alkohol in Energie beschäftigt. Und zu guter Letzt ist Alkohol auch wirtschaftlich von großer Bedeutung, denken wir nur an die vielen Whiskydestillerien weltweit.

 

Doch was sind eigentlich Alkohole?

Chemisch gesehen sind Alkohole organische Verbindungen, die aus mindestens drei chemischen Elementen zusammengesetzt sind, die wir alle kennen: nämlich aus Kohlenstoff (wird in der Chemie mit dem Symbol C abgekürzt), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Das sind neben Stickstoff die wichtigsten Elemente in der organischen Chemie überhaupt. Das untrügliche Merkmal eines Alkohols ist seine OH-Gruppe, chemisch auch Hydroxylgruppe genannt. Jeder Alkohol besitzt eine solche OH-Gruppe. Sie prägt maßgeblich die Chemie der Alkohole. Das heißt, die OH-Gruppe ist für das Reaktionsverhalten dieser organischen Verbindungen verantwortlich. Dies ist wichtig und aus aromatischer Sicht von großer Bedeutung, wenn beispielsweise der New Make im Eichenfass zu Whisky heranreift. Doch dazu später mehr.

 

Ursprünhe Kohlenwasserstoffe // Vier gleiche Nachbarn

Jetzt interessiert uns vielmehr, wie wir zu den Alkoholen kommen. Dazu nehmen wir eine chemische Verbindung, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, also ohne Sauerstoff. Solche Verbindungen, die nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, nennt man folglich Kohlenwasserstoffe. Der einfachste Kohlenwasserstoff ist Methan, ein farb- und geruchloses sowie brennbares Gas. Methan kennen wir, es macht z. B. als klimaschädliches Gas schon längere Zeit Schlagzeilen. Bei Methan hat der einzige Kohlenstoff vier gleiche Nachbarn, nämlich Wasserstoffe. Somit ergibt sich für Methan die chemische Formel CH4, also ein Kohlenstoff umringt von vier Wasserstoffen. In der organischen Chemie gilt generell, dass jeder Kohlenstoff maximal vier Nachbarn haben darf. Dabei ist es egal, ob es gleiche oder unterschiedliche Nachbarn sind. Bei Methan liegt der Fall vor, dass alle vier Nachbarn gleich sind.

 

Markierungspunkt: die OH-Gruppe

Um von Methan zum entsprechenden Alkohol zu kommen, wenden wir nun einen einfachen Trick an. Wir fügen dem Methan noch einen Sauerstoff hinzu. Das geschieht in der Art, dass sich der Sauerstoff im Methanmolekül formal zwischen den Kohlenstoff und einen Wasserstoff schiebt. Addiert man demnach zu Methan, also CH4, ein O dazu, erhält man die Formel CH4O. Um gleich zu signalisieren, dass es sich dabei um einen Alkohol handelt, schreibt man die Formel etwas um, in dem man die OH-Gruppe – wie wir ja jetzt wissen, ist sie das markante Merkmal eines jeden Alkohols – hervorheben. So wird aus CH4O die Formel CH3OH. Und schon haben wir unseren ersten Alkohol. Aus Methan wird der Alkohol Methanol. Das Methanol ist giftig und bekannt als eine niedrig siedende Flüssigkeit, die bei der Destillation von Obstbränden oder Whisky im Vorlauf überdestilliert.

Nächste Kohlenwasserstoffe und ihre Alkohole

Der nächste Kohlenwasserstoff mit nunmehr zwei Kohlenstoffen heißt Ethan, ebenfalls ein Gas. Dessen chemische Formel ist C2H6. Fügt man auch hier einen Sauerstoff hinzu, entsteht eine Verbindung mit der Formel C2H6O bzw., in Analogie zu oben, C2H5OH. Ja, und das kennen wir doch alle. Das ist Ethanol! Der Trinkalkohol, den die Hefe währen der alkoholischen Gärung produziert. Und so geht es systematisch weiter. Aus dem hochentzündlichen Gas Propan (drei Kohlenstoffe, C3H8) wird Propanol (C3H7OH) und, man ahnt es schon, aus Butan (vier Kohlenstoffe, C4H10) wird das mit einem weinartigen Geruch behaftete Butanol (C4H9OH). Und so weiter und so fort.

 

Gedanklicher Zwischenstopp: Alkane

Man muss sich diese komplizierten Formeln nicht unbedingt alle merken, es genügt, wenn man lediglich die allgemeinen chemischen Formeln dieser Verbindungen im Kopf hat. Die Kohlenwasserstoffe haben in der Chemie auch noch einen anderen Namen, nämlich Alkane, daher auch die Endung -an bei Methan, Ethan, Propan, Butan, etc. Die allgemeine Summenformel für diese Alkane lautet CnH2n+2, wobei n eine natürliche Zahl ist, beginnend mit 1. Probieren wir es aus. Für n = 1 bekommen wir CH4, das Methan. Für n = 2 erhält man C2H6, das Ethan. Für n = 3 lautet das entsprechende Alkan C3H8, das Propan, und für n = 4 ergibt sich C4H10, das Butan. Passt wunderbar!

 

Ergo gilt: Vom Alkan zum Alkohol...

Wie oben beschrieben, gelangt man von den Alkanen zu den Alkoholen durch formales Hinzufügen von Sauerstoff. Probieren wir es auch hier mit der allgemeinen Formel aus. Aus CnH2n+2 für die Alkane wird demnach CnH2n+2O für die Alkohole. Da wir die OH-Gruppe bei den Alkoholen wieder hervorheben wollen, wird CnH2n+2O zu CnH2n+1OH. Auch hier machen wir mal die Stichprobe. Für n = 1 erhalten wir CH3OH, das Methanol. Bei n = 2 lautet die Formel C2H5OH, also Ethanol. N = 3 liefert uns C3H7OH, das Propanol, und für n = 4 bekommen wir C4H9OH, das Butanol. Passt also auch hier.

 

...und der Zauber der Summenformel

Alkan

Summenformel

Alkohol

Summenformel

n

 

CnH2n+2

 

CnH2n+1OH

 

Methan

CH4

Methanol

CH3OH

1

Ethan

C2H6

Ethanol

C2H5OH

2

Propan

C3H8

Propanol

C3H7OH

3

Butan

C4H10

Butanol

C4H9OH

4

 

Was vielleicht auffällt ist, dass sich die Benennung, also die Nomenklatur der Alkohole, an den zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffen, also den Alkanen, orientiert. Es wird lediglich die Silbe -ol an den entsprechenden Namen des Alkans angehängt. So wird also aus Methan Methanol, aus Ethan Ethanol, aus Propan Propanol und aus Butan Butanol, und so weiter. Das gilt also für alle von den Alkanen abgeleiteten Alkohole. Da soll noch einer behaupten, Chemie wäre kompliziert.

 

Weitere Unterscheidungsmerkmale: primärer, sekundärer und tertiärer Alkohol

Wie wir jetzt wissen, ist das markante Merkmal eines Alkohols dessen OH-Gruppe. Diese hängt immer an einem Kohlenstoff. Entscheidend ist dabei, mit wievielen anderen Kohlenstoffen dieser unmittelbar verbunden ist. Denn das unterscheidet die drei Möglichkeiten für unterschiedliche Arten von Alkoholen: nämlich primärer, sekundärer und tertiärer Alkohol. Um das besser zu verstehen, mache ich mal ein paar Beispiele: Nehmen wir z. B. den Alkohol Propanol. In der unten aufgeführten Strukturformel von Propanol erkennt man, dass der Kohlenstoff (rot markiert), an dem die OH-Gruppe hängt, nur mit einem weiteren Kohlenstoff (grün markiert) verbunden ist. Die beiden anderen direkten Nachbarn des rot markierten Kohlenstoffs sind Wasserstoffe (blau markiert). Das nennt man folglich einen primären Alkohol. Auch die uns bekannten Methanol, Ethanol und Butanol sind primäre Alkohole, denn an dem (roten) Kohlenstoff hängt jeweils maximal ein weiterer (grüner) Kohlenstoff.

Sind mit dem rot markierten Kohlenstoff, welcher die OH-Gruppe trägt, jedoch zwei grün markierte Kohlenstoffe verbunden, so spricht man von einem sekundären Alkohol. Ein Beispiel wäre das 2-Propanol, auch Isopropanol genannt, das u. a. als Frostschutzmittel im Scheibenwischwasser bei Autos zum Einsatz kommt. Und bei einem tertiären Alkohol hat der rot markierte Kohlenstoff, an dem die OH-Gruppe hängt, gar drei direkte grün markierte Kohlenstoffpartner. Beispiel wäre hier das 2-Methyl-2-propanol, der einfachste Vertreter der Stoffgruppe der tertiären Alkohole.

 

Alkohole und Oxidation (Fassreifung)

Warum habe ich diesen zugegebenermaßen komplizierten Sachverhalt überhaupt erwähnt? Nun, dies ist für die späteren Reaktionen der Alkohole von großer Bedeutung. Denn Alkohole können unter dem Einfluss von molekularem Sauerstoff (O2), der sich in der Luft befindet, oxidiert werden. Das Ergebnis dieser Oxidation ist abhängig davon, ob der Alkohol ein primärer, sekundärer oder tertiärer Alkohol ist. Beispiele? Primäre Alkohole können mit Sauerstoff zu einer neuen Stoffklasse oxidiert werden, die man Aldehyde nennt. Diese Aldehyde wiederum können weiter zu einer anderen Stoffklasse, den Säuren, oxidiert werden. Diese Säuren haben dann die Möglichkeit, zusammen mit anderen Alkoholen fruchtige Ester zu bilden, die wir im gereiften Whisky beispielsweise als Pfirsich-, Bananen- oder Ananasgeruch bzw. -geschmack wahrnehmen.

 

Sekundäre Alkohole hingegen können nur einmal mit Sauerstoff oxidiert werden und zwar zu der als Ketone bezeichneten Stoffklasse. Ein Beispiel wäre die Oxidation von Isopropanol zu einem Keton mit dem Namen Aceton, das für den typischen Geruch von Nagellackentferner verantwortlich ist. Das alles passiert im Eichenfass während der Reifung, denn hier gelangt der Luftsauerstoff über die Poren der Eichendauben ins Fassinnere und kann über den langen Zeitraum der Reifung solche Oxidationen bewirken. Anders als die Aldehyde können die Ketone jedoch mit Sauerstoff nicht mehr weiter oxidiert werden. Die tertiären Alkohole ebenfalls nicht, denn sie gehen mit Sauerstoff überhaupt keine Reaktion ein.

 

Teil 2 – Ethanol

 

Die Basis aller alkoholischen Getränke ist Ethanol, das auch Ethylalkohol genannt wird. Ethanol ist eines der ältesten und beliebtesten Genussmittel. Umgangssprachlich wird Ethanol oft als Trinkalkohol oder schlicht als Alkohol bezeichnet, wobei dieser Begriff – wie wir jetzt aus Teil 1 wissen – offiziell der gesamten organischen Stoffklasse „Alkohole“ vorenthalten ist, also eine große Anzahl verwandter Moleküle mit ähnlichen chemischen und strukturellen Eigenschaften beinhaltet, zu der auch das Ethanol zählt. Bisweilen finden sich in der älteren Literatur noch frühere Schreibweisen bzw. Bezeichnungen für Ethanol wie Äthanol, Äthylalkohol, Weingeist oder Spiritus. Aber, wir bleiben bei dem Namen Ethanol.

Chemisch betrachtet handelt es sich bei Ethanol um einen einwertigen, primären und linearen Alkohol, d. h. die einzige (= einwertig) OH-Gruppe steht am Ende (= primär) einer unverzweigten (= linear) Kohlenstoffkette. Ethanol ist eine klare, brennbare, farblose, angenehm riechende sowie brennend schmeckende Flüssigkeit, die sich zum einem unbegrenzt mit Wasser mischen lässt und zum anderen auch in vielen organischen Lösungsmitteln löslich ist. Die gute Löslichkeit in Benzin beispielsweise macht man sich beim Bio-Ethanol als Kraftstoff für Autos zu Nutze.

 

Die Formel…

Der Ethanolgehalt alkoholischer Getränke wird vom Hersteller in der Regel in Volumenprozent (%-Vol.) angegeben. Doch aufgepasst: auf dem Etikett steht dort wiederum Alkohol und nicht Ethanol! Medizinisch gesehen ist die Menge an Ethanol in Gramm eher die aussagefähigere Größe, sodass eine Umrechnung sinnvoll ist. Den physikalischen Zusammenhang zwischen der Masse und dem Volumen eines Stoffes stellt dessen Dichte dar. Nach kleinen mathematischen Umformungen lässt sich die konsumierte Menge (= Masse) an reinem Ethanol in einem alkoholischen Getränk aus der Angabe der Volumenprozente auf dem Etikett, der Dichte von Ethanol (0,79 Gramm pro Milliliter bei 20°C) und dem konsumierten Volumen wie folgt berechnen:

 

MengeEthanol (in Gramm) = Volumenprozent/100 x 0,79 x Volumen (in Milliliter)

 

…und ihre Anwendung

Mit Hilfe dieser einfachen Formel lässt sich die Menge an Ethanol in jedem beliebigen Getränk bequem berechnen. Einige Beispiele von Getränken in gebräuchlichen Volumina sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Obwohl Weizenbier (5 %-Vol.) im Vergleich zu einem fassstarken Whisky (60 %-Vol.) in unserem Beispiel nur ein Zwölftel an Volumenprozente Alkohol aufweist, trinkt man vom Bier in der Regel ein deutlich größeres Volumen (500 ml vs. 20 ml), sodass die konsumierte Menge an Ethanol im Bier (19,8 g) die in einem Dram hochprozentigen Whiskys (9,5 g) um mehr als das Doppelte übertrifft. Das gleiche gilt auch für Wein, insbesondere für schweren Rotwein. Denn ein Viertel (250 ml) Rotwein mit 14 %-Vol. Alkohol ist gleichbedeutend mit einer konsumierten Menge von 27,7 Gramm Ethanol. Im Vergleich dazu hat ein doppelter Whisky (40 ml) in Trinkstärke (43 %-Vol.) nur eine Menge von 13,6 Gramm Ethanol im Glas.

 

Durchschnittlicher Ethanolgehalt in Getränken:

Getränk

Volumenprozent

Volumen

Menge Ethanol

Guinness

4,2 %-Vol.

440 ml

14,6 g

Pils

4,8 %-Vol.

330 ml

12,5 g

Weizenbier

5,0 %-Vol.

500 ml

19,8 g

Sekt

11 %-Vol.

100 ml

8,7 g

Rotwein

14 %-Vol.

250 ml

27,7 g

Whisky

40 %-Vol.

20 ml

6,3 g

Whisky (doppelter)

43 %-Vol.

40 ml

13,6 g

Whisky (Fassstärke)

60 %-Vol.

20 ml

9,5 g

 

Die Menge machts

Aus medizinischer Sicht steht man dem Ethanol ambivalent gegenüber. Es ist zwar anregend und kann sich bei moderatem Konsum positiv auf den menschlichen Organismus auswirken sowie die körperliche Gesundheit günstig beeinflussen. Andererseits birgt es ein hohes Suchtpotenzial und kann bei übermäßigem Trinken größere gesundheitliche Schäden verursachen. Im menschlichen Organismus wird Ethanol von der Leber abgebaut. Bei größerem Konsum ist die Leber nicht mehr in der Lage, das Ethanol schnell genug abzubauen und es kommt zu Vergiftungserscheinungen.

 

Empfehlung

Die Angabe eines Grenzwertes, ab dem die schädliche Wirkung von Ethanol gegenüber den positiven Effekten überwiegt, hängt von vielen Faktoren ab und kann daher pauschal nicht angegeben werden. Aus diesem Grund hat die Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V. eine Empfehlung ausgesprochen, nach der eine maximal tolerierbare Menge an Ethanol von 10 Gramm pro Tag für gesunde Frauen und 20 Gramm pro Tag für gesunde Männer angesehen wird. Dies darf jedoch wirklich nur als Empfehlung und keinesfalls als Aufforderung verstanden werden!

 

Ethanol landwirtschaftlichen Ursprungs

Wirft man einen Blick in die aktuell gültige EU-Spirituosenverordnung vom 17. April 2019, die die Begriffsbestimmung, Bezeichnung, Aufmachung und Kennzeichnung von Spirituosen in der Europäischen Union regelt, fällt folgender Paragraph ins Auge: „Um den Verbrauchererwartungen gerecht zu werden und traditionellen Herstellungsmethoden Rechnung zu tragen, sollten der Ethylalkohol und Destillate, die für die Herstellung von Spirituosen verwendet werden, ausschließlich landwirtschaftlichen Ursprungs sein“. Hier wird der Begriff „Ethanol aus landwirtschaftlichem Ursprung“ besonders betont. Was ist darunter zu verstehen?

 

Ethylalkohol landwirtschaftlichen Ursprungs bedeutet, dass der Alkohol, also Ethanol, ausschließlich durch den natürlichen Vorgang der alkoholischen Gärung (Fermentation) von landwirtschaftlichen Erzeugnissen wie Getreide, Kartoffeln, Zuckerrüben oder Obst gewonnen und – im Falle von Spirituosen – anschließend destilliert wird. Wie wir wissen, werden während der alkoholischen Gärung kleine Zucker, wie z. B. Glucose, die in den landwirtschaftlichen Produkten enthalten sind bzw. aus ihnen durch Maischen gewonnen werden, von dem einzelligen Organismus, der Hefe, unter Sauerstoffausschluss hauptsächlich zu Ethanol und Kohlendioxid verstoffwechselt. In der Malt-Whiskybrennerei heißt das landwirtschaftliche Produkt Gerste, welches gemälzt und gemaischt wird. Dabei entstehen aus Getreidestärke diese kleinen Zucker, die von der Hefe in den sogenannten Washbacks zu Ethanol, genauer gesagt zu Ethanol landwirtschaftlichen Ursprungs, umgesetzt werden.

 

Industriealkohol

Großtechnisch hingegen wird Ethanol in der Petrochemie hergestellt. Darunter versteht man die Herstellung von chemischen Produkten aus den fossilen Brennstoffen Erdöl und Erdgas. Das so zwischenzeitlich gewonnene Gas Ethen – eine wichtige Grundchemikalie in der Petrochemie – wird in einem zweiten Reaktionsschritt durch Anlagerung von Wasser mit Hilfe von Schwefelsäure als Katalysator zu Ethanol umgesetzt. Ethen leitet sich vom Gas Ethan ab, besitzt aber eine Doppelbindung zwischen den beiden Kohlenstoffen. Daher auch die Endung -en, die allgemein in der organischen Chemie eine Doppelbindung in einem Molekül signalisiert. Die chemische Formel von Ethen lautet C2H4. Addiert man Wasser (H2O) hinzu, erhält man Ethanol: C2H5OH. Ganz einfach. Dieses synthetisch gewonnene Ethanol wird auch Industriealkohol genannt und darf, gemäß der EU-Spirituosenverordnung, für die Herstellung von alkoholischen Getränken nicht verwendet werden.

 

 Teil 3 – Ethanol, Wasser und Aromastoffe

 

Beginnen wir unseren dritten Teil dieser Reihe mal mit einer simplen Rechenaufgabe. Was ergibt 50 plus 50? Naja, das ist nicht sonderlich schwer: Das Ergebnis lautet 100. Doch ist das immer so? Die Antwort lautet nein! Zumindest nicht in der Chemie. Das ist überraschend, nicht wahr? Doch wie komme ich zu so einer gewagten Aussage? Betrachten wir hierfür mal die beiden miteinander mischbaren Flüssigkeiten Wasser und Ethanol, und lassen Sie uns ein Experiment machen. Wir messen in einem Messgefäß exakt 50 ml Wasser ab und in einem anderen Messgefäß genau 50 ml reines Ethanol. Gibt man diese beiden Flüssigkeiten in ein 100 ml Messgefäß zusammen, welches Gesamtvolumen erhält man dann? Die Antwort lautet nicht 100 ml! Es sind etwas weniger, nämlich 96 ml! Dieser Unterschied ist nicht groß, aber messbar. Was ist hier passiert?

 

Reale Mischung zweier Flüssigkeiten

Der Grund hierfür ist, dass sich Wasser und Ethanol nicht wie eine ideale Mischung verhalten, denn dann wäre das Ergebnis exakt 100 ml. Wasser und Ethanol bilden ein sogenanntes „reales Gemisch“. Was heißt das? Kommen Wasser- und Ethanolmoleküle zusammen, so üben sie gegenseitig Wechselwirkungen aufeinander aus. Auf sie wirken sogenannte Bindungskräfte, die die Moleküle in der Mischung näher zusammenrücken lassen. Hinzu kommt, dass die beiden Moleküle unterschiedliche Größen haben. Das Molekül Wasser hat die chemische Formel H2O, besteht also nur aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Das Molekül Ethanol hingegen hat neun Atome. Zwei Kohlenstoff- und sechs Wasserstoffatome sowie ebenfalls ein Sauerstoffatom. Die Formel für Ethanol lautet C2H5OH. Neun Atome in einem Molekül beanspruchen mehr Raum als nur drei. Das Molekül Ethanol ist demnach deutlich größer als das kleine Wassermolekül. Die Moleküle im reinen Ethanol sind dreidimensional übereinander und nebeneinander angeordnet wie große Kugeln. Dadurch entstehen Räume zwischen diesen Kugeln, die ungenutzt bleiben. Mischt man nun Wasser dazu, so können sich die kleinen Wassermoleküle teilweise in diese Zwischenräume der Ethanolkugeln einnisten. Zusammen mit dem „Näherrücken“ der Moleküle durch die Bindungskräfte kommt es bei der Mischung von Ethanol mit Wasser zu der beobachteten Volumenkontraktion von 4 ml.

 

Inselbildung

Halten wir also fest, dass Wasser und Ethanol keine ideale Mischung darstellen. Man hat zudem wissenschaftlich festgestellt, dass die Ethanolmoleküle in der Mischung lieber unter ihresgleichen bleiben möchten. Soll heißen, in der Mischung mit Wasser sind die Ethanolmoleküle nicht gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt, sondern sie schließen sich zu mehreren kleinen Inseln, sogenannten Clustern, zusammen. Zu dieser „Inselbildung“ kommt noch hinzu, dass sie vom Mengenverhältnis abhängig ist. Man konnte nachweisen, dass sich bei Mischungen mit mehr Ethanol als Wasser, z. B. ab 59 Volumenprozent, diese Ethanol-Cluster bevorzugt in der Mitte des Flüssigkeitsgemisches in einem Glas oder Gefäß aufhalten. Ist der Anteil an Wasser in der Mischung größer – wir sprechen von einer Spanne zwischen 27 und 45 Volumenprozent – so wandern die Ethanol-Cluster mehr zur Flüssigkeitsoberfläche hin. Schön und gut, aber was bedeutet das für die Praxis? Nun, dazu müssen wir uns die dritten Moleküle im Bunde ansehen, die Aromastoffe.

Wasser- und fettliebend

In der Praxis sind Mischungen, bestehend aus Ethanol, Wasser und Aromastoffen, alkoholische Getränke. Beträgt der Anteil an Ethanol in der Mischung mindestens 15 Volumenprozent, so sprechen wir gemäß der EU-Verordnung vom 17. April 2019 von Spirituosen. Whisky ist so eine Spirituose. Sie enthält mindestens 40 Volumenprozent Ethanol, dazu noch eine Menge Wasser und einen geringen Anteil an verschiedenen Aroma- und Geschmacksstoffen, sogenannte Kongenere, die von den Einsatzstoffen und der Produktion herrühren. Diese Kongenere sind, ebenso wie Ethanol, organische Verbindungen. Sie bestehen ebenfalls aus einer unterschiedlichen Anzahl an Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen. Je nach Komplexität der Verbindungen können in ihnen auch noch Stickstoff- und/oder Schwefelatome enthalten sein. Die Art und Anzahl der Atome in einem Molekül entscheiden darüber, ob diese Verbindung insgesamt wasserlöslich ist oder nicht. Wasserlösliche Substanzen nennt man hydrophil. Das kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie wasserliebend. Hydrophile, also wasserlösliche Stoffe, sind oft gleichzeitig nicht fettliebend, also äußerst schlecht löslich in Ölen oder Fetten. Fettliebend wird in der Chemie lipophil genannt.

 

Amphiphilie

Nennen wir mal ein paar Beispiele. Wasser besteht nur aus Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, und klar, es ist wasserliebend, also hydrophil. Ethanol hingegen besitzt zum einen die OH-Gruppe, die ebenfalls wasserliebend ist. Daneben ist in Ethanol noch die C2H5-Gruppe enthalten, die nicht wasserliebend, sondern fettliebend ist. Ethanol besitzt also im gleichen Molekül wasserliebende (hydrophile) und fettliebende (lipophile) Gruppen. Sprich, es hat sowohl eine hydrophile als auch eine lipophile Seite. In der Chemie haben wir für Moleküle mit einer derartigen Eigenschaft natürlich auch wieder einen passenden Namen parat: Wir nennen sie amphiphil. Dies ist ein lateinisch-griechisches Mischwort und bedeutet so viel wie beides liebend. Macht ja auch Sinn.

 

Aromastoffe und ihr Verhältnis zu Ethanol

Das Ethanol steht mit seiner Eigenart nicht alleine da, denn die allermeisten Kongenere sind ebenfalls amphiphile Verbindungen. Die Aromastoffe, die beispielsweise im Whisky zu finden sind – wie Ester, Säuren, Phenole, Lipide, organische Schwefelverbindungen, Aldehyde, Lactone oder Fuselöle – enthalten in ihren chemischen Strukturen ebenfalls sowohl wasserlösliche als auch fettlösliche Gruppen. Eben genau wie Ethanol. Betrachten wir also jetzt unser Glas mit Whisky: eine Mischung aus Wasser, Ethanol und Aromastoffen. Da letztere genauso wie Ethanol amphiphil sind, werden sich die Aromastoffe eher nahe der Ethanolmoleküle aufhalten, als die Nähe zum Wasser zu suchen. Ganz nach dem Prinzip: gleiches zu gleichem! Das bedeutet, dass sich die Kongenere im Whisky bevorzugt um die Ethanol-Cluster herum versammeln. Diese Ethanol-Cluster halten sich – wie wir jetzt wissen – bei höheren Ethanolkonzentrationen von 59 Volumenprozent und mehr bevorzugt in der Mitte des Whiskys in unserem Glas auf. Daher nimmt man Aromastoffe mit der Nase, wenn man am oberen Glasrand riecht, weniger wahr, da sie sich, zusammen mit den Ethanol-Clustern, weiter weg von der Flüssigkeitsoberfläche befinden. Gibt man jedoch einige Tropfen Wasser zum Whisky hinzu, so dass sich die Ethanolkonzentration auf 45 Volumenprozent und darunter verringert, wandern mit den Ethanol-Clustern auch die Aromastoffe hin zur Flüssigkeitsoberfläche. Folglich können die Kongenere die Flüssigkeitsoberfläche leichter verlassen und in den Gasraum übergehen. Nun nimmt man die Aromen im verdünnten Whisky intensiver mit der Nase wahr. Wärmt man zudem das Whiskyglas mit der Handinnenfläche etwas an, so nutzen die Aromastoffe diese zugeführte Wärmeenergie, um noch leichter die Flüssigkeitsoberfläche verlassen zu können. Die Folge: Man riecht die Aromen noch intensiver!

Wie arbeiten professionelle Master Blender?

Diese vorgestellten Ergebnisse resultieren aus wissenschaftlichen Modellierungen mit dem Drei-Komponenten-System Wasser, Ethanol und dem Aromastoff Guajakol. Letzterer ist ebenfalls amphiphil, gehört zur chemischen Stoffklasse der Phenole und weist einen rauchig-medizinischen Geruch sowie brennenden Geschmack auf. Im Whisky haben wir es jedoch mit Hunderten von Aromastoffen zu tun. Die Realität sieht also deutlich komplexer aus. Doch das Prinzip der Ethanol-Clusterbildung, der Anordnung amphiphiler Aromastoffe um diese und der Wanderung der Cluster – abhängig von der Menge an Ethanol im Whisky – bleibt gleich. Aus diesem Grund arbeiten professionelle Master Blender bei der Beurteilung von Whisky, seien es Einzelfassabfüllungen oder Mischungen, mit verdünnten Proben. Der Whisky wird vor dem Nosing, also dem Verriechen, von den Master-Blendern mit Wasser auf etwa 20 Volumenprozent Ethanol verdünnt, da sich so der Charakter, die Aromen und der Geschmack des Whiskys am besten entfalten können. Hinzu kommt, dass dadurch die Aggressivität des Ethanols stark reduziert wird, die sonst Aromen überdecken kann. Außerdem würde man bei 40%igen Whiskyproben bereits nach kurzer Zeit nichts mehr riechen können, da Ethanol auch eine narkotisierende Wirkung haben kann.

 

Teil 4 - Warum schmeckt Ethanol scharf?

 

Erinnern Sie sich noch an das erste Mal, als Sie einen Whisky getrunken haben? Es hat wirklich gebrannt im Mund und auf der Zunge, nicht wahr? Auch heute noch, nachdem bereits viele Drams unsere Kehlen hinuntergleiten durften, empfinden wir den ersten Schluck eines Whiskys am Abend oftmals als scharf. Man spricht auch von alkoholischer Schärfe. Doch was ist der Grund für diesen scharfen Geschmack?

 

Geschmack – ein paar Grundlagen

Bevor wir ins Detail gehen, müssen wir uns einige Grundlagen ins Gedächtnis rufen. Geschmack wird über die Geschmackspapillen auf der Zunge wahrgenommen. Jede Geschmackspapille besteht aus mehreren hundert Geschmacksknospen, die ihrerseits bis zu 100 Geschmackssinneszellen beinhalten können. Man geht derzeit von mittlerweile fünf nachgewiesenen Grundqualitäten für Geschmack aus: süß, sauer, salzig, bitter und umami. Letztere Geschmacksrichtung erinnert an Fleischbrühe und wird vornehmlich durch die beiden natürlichen Aminosäuren Asparaginsäure oder Glutaminsäure ausgelöst, die Bestandteile vieler Eiweißstoffe in der Nahrung sind. Das Salz der Glutaminsäure, Glutamat, wird beispielsweise als Geschmacksverstärker in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.

 

Geschmackszonen auf der Zunge?

Jüngere Untersuchungen konnten die frühere Lehrmeinung widerlegen, dass es auf der Zunge spezielle Regionen für verschiedene Geschmacksrichtungen gibt. Demnach soll man vorne auf der Zunge süß, an den Seiten salzig, weiter hinten sauer und ganz hinten bitter schmecken können. Diese teils immer noch existierende Meinung ist nicht richtig! Tatsächlich ist es so, dass unsere Geschmackspapillen oder -rezeptoren für die unterschiedlichen Geschmacksrichtungen überall auf der Zunge verteilt sind. Lediglich die Anzahl und Dichte der Geschmacksrezeptoren an verschiedenen Stellen auf der Zunge sind unterschiedlich.

 

Fettig – der 6. Geschmack?

Ich schreibe hier bewusst von mindestens fünf Geschmacksrichtungen, da Wissenschaftler nach weiteren speziellen Sinneszellen auf unserer Zunge forschen. Einer sechsten Geschmacksrichtung ist man bereits dicht auf der Spur: fettig. Nach jüngsten Ergebnissen gibt es vermutlich eigene Rezeptoren auf der Zunge, die von Fettsäuren, welche in natürlich vorkommenden Ölen und Fetten enthalten sind, stimuliert werden. Doch was ist mit der Schärfe von Speisen, Gewürzen oder Spirituosen? Nun, da muss ich Sie enttäuschen: Scharf ist keine Geschmacksrichtung!

 

Schärfe – ein Schmerz!

Schärfe ist ein Empfinden, welches beim Verzehr von bestimmten Lebensmitteln bzw. Stoffen, wie z. B. Paprika, Pfeffer, Chilischoten, Ingwer, Meerrettich oder Senf auftritt. Das, was wir im Mund und auf der Zunge als scharf wahrnehmen, ist keine Stimulation von bestimmten Geschmacksrezeptoren, sondern eine Reizung von Wärme- und Schmerzrezeptoren der Schleimhaut im Mund und auf der Zunge. Schärfe ist also kein Geschmack, sondern eine Wahrnehmung von Wärme und Schmerz! Die englische Bezeichnung „hot“ für scharf bringt es ganz gut auf den Punkt.

 

Capsaicin und der TRPV1-Rezeptor

Wir alle kennen die Chilischote. Jene grüne oder rote Peperonisorte, bei der bereits der Verzehr eines winzig kleinen Stückchens ein starkes bis höllisches Brennen auf unserer Zunge verursachen kann. Verantwortlich für diese Schärfe ist der pflanzliche Inhaltsstoff der Peperoni, das Capsaicin, benannt nach der Pflanzengattung Paprika, Capsicum. Doch wie wirkt Capsaicin? Dieser Scharfstoff bindet im Mund und auf der Zunge an einen Rezeptor, der zur sogenannten „Transient Receptor Potential Vanilloid“-Familie gehört. Diesen komplizierten Namen müssen wir uns nicht merken, daher reicht die Abkürzung TRPV. Der am besten untersuchte dieser TRPV-Rezeptorfamilie ist TRPV1, der durch Capsaicin aktiviert wird. Der TRPV1-Rezeptor kann auch durch Säuren oder durch Hitze stimuliert werden und hat eine Schwellentemperatur von 42°C. Dies bedeutet, dass bei einer Temperatur von 42°C und mehr der Rezeptor in unserem Mund ein Schmerzgefühl auslöst. Wir kennen das, wenn wir beispielsweise eine heiße Suppe zu schnell essen oder ein heißes Getränk zu hastig trinken. Dann spüren wir einen entsprechenden Schmerz im Mund und auf der Zunge, der durch die Stimulation dieses TRPV1-Rezeptors hervorgerufen wird.

 

Alkoholische Schärfe

Doch was hat das alles mit Ethanol und mit Whisky zu tun? Eine berechtigte Frage! Aber der Vorspann war notwendig, um die besondere Beziehung von Ethanol mit diesem TRPV1-Rezeptor verständlich erklären zu können. Es konnte nämlich wissenschaftlich nachgewiesen werden, dass eben dieser TRPV1-Rezeptor nicht nur durch Hitze oder Capsaicin stimuliert wird, sondern auch auf Ethanol reagiert. Und zwar in einer konzentrationsabhängigen Art und Weise. Ethanol bindet also ebenfalls an diesen TRPV1-Rezeptor und kann dabei das Schmerzempfinden „Schärfe“ auslösen. Konzentrationsabhängig bedeutet: je mehr Ethanol desto größer das Empfinden „scharf“. Heißt also, ein Whisky in hoher Fassstärke sollte ein deutlich spürbareres Brennen auf der Zunge auslösen als ein Whisky mit einem Alkoholgehalt von 40 Volumenprozent.

 

Einfluss von Ethanol auf TRPV1-Rezeptor

Eine weitere Besonderheit ist der Einfluss von Ethanol auf die Schwellentemperatur des TRPV1-Rezeptors. Ethanol ist nämlich in der Lage, diese Schwellentemperatur von 42°C auf 34°C zu senken, was in etwa der Temperatur der Zunge entspricht. Der Whisky benötigt also keine Temperatur von 42°C und mehr (wie in einem Hot Toddy), um den TRPV1-Rezeptor zu aktivieren und dadurch ein brennendes oder scharfes Gefühl im Mundraum auszulösen. Den Schluck Whisky im Mundraum über die Zunge von vorne bis nach hinten und wieder zurück zu bewegen reicht bereits aus, dass sich dieser bis auf Körpertemperatur erwärmt, damit die herabgesetzte Schwellentemperatur des TRPV1-Rezeptors von 34°C überschreitet und somit ein Gefühl von Schärfe vermittelt. Diese Eigenschaft ist auch eine Erklärung, warum das scharfe Gefühl von würzigen Speisen zunimmt, wenn wir dazu Alkohol konsumieren. Andererseits sollte die Schärfe abnehmen, wenn man ein kaltes Bier statt einen gut temperierten Wein oder Whisky zu einem pikanten Essen trinkt.

 

Rezeptor-Desensitisierung

Bei Rezeptoren stellt sich das Phänomen der Desensitisierung ein. Darunter versteht man eine Herabsetzung der Empfindlichkeit des Rezeptors bei dessen regelmäßiger Stimulation, damit eine Zelle nicht durch ein Signalmolekül überstimuliert wird. Die Folge: Die Weiterleitung des Schmerzsignals an das zentrale Nervensystem wird gedämpft. Dies entspricht unserer Erfahrung, dass der erste Schluck Whisky bei einem Tasting ein brennendes Gefühl auf der Zunge verursacht, während der vierte, fünfte oder sechste Whisky des Abends dieses Gefühl nicht mehr vermittelt, da der TRPV1-Rezeptor durch regelmäßige Stimulation mit Ethanol seine Empfindlichkeit vorübergehend einbüßt. Das können Sie ja mal an einem Tastingabend mit Freunden in die Praxis umsetzen…

 

Teil 5 - Fuselöle sind auch Alkohole

 

 

In den vorangegangenen Beiträgen haben wir bereits einiges über die einfachen Alkohole Methanol und viel über Ethanol erfahren können. Wie jedoch schon die bloße allgemeine chemische Formel für (gesättigte) aliphatische Alkohole – CnH2n+1OH – verrät, gibt es für n als beliebige ganze Zahl unzählig viele Alkohole. Und selbst das ist nur der Anfang. Denn zugleich existieren noch diejenigen mit den Mehrfachbindungen zwischen einzelnen Kohlenstoffatomen. Die sogenannten ungesättigten Alkohole. Und darüber hinaus finden wir viele weitere aromatische Varianten vor. Was bedeutet: Es existiert eine schier endlos erscheinende Anzahl von alkoholischen Verbindungen.

 

Fusel?!

Zugegeben, viele von diesen Alkoholen sind aus chemischer Sicht und auch aus der Perspektive ihrer Anwendungsmöglichkeiten für die Praxis eher uninteressant. Doch einige bestimmte Alkohole sind gerade für Destillate, und da ganz besonders für unsere Lieblingsspirituose Whisky, von enormer Bedeutung. Diese Gruppe alkoholischer Verbindungen, die ich hier anspreche, fasst man unter dem Begriff „Fuselöle“ zusammen. Echt jetzt? So ein Wort für etwas, was wir trinken? Zugegeben, auf den ersten Blick mag das ein völlig negativ behafteter Begriff sein, denkt man doch bei „Fusel“ an eben jene umgangssprachliche Bezeichnung für schlechten, billigen Schnaps. Wer möchte den schon freiwillig trinken? Doch ein zweiter Blick lohnt.

 

Fuselöle – was ist das?

Fuselöle bezeichnet man auch als Fuselalkohole. Gut, das macht es nicht wirklich besser. Dabei handelt es sich um alkoholische Verbindungen, die mehr als nur zwei Kohlenstoffatome in ihren Strukturen besitzen. Wir erinnern uns: Methanol (CH3OH) hat ein Kohlenstoffatom, Ethanol (C2H5OH) deren zwei. Die Fuselalkohole haben meist eine ölige Konsistenz, woraus der umgangssprachliche Begriff „Fuselöle“ für diese Alkohole resultierte. In größeren Mengen, so ab einem Anteil von etwa 400 mg pro Liter Flüssigkeit, machen sich die Fuselöle durch ein brennendes Gefühl am Gaumen bemerkbar. Dass bei noch größeren konsumierten Mengen gar Kopfschmerzen und Übelkeit auftreten können, kann auch nicht als Werbung für die Fuselöle angesehen werden. Doch es gibt auch Positives zu vermelden! Denn in niedrigeren Dosen, also etwa unter 300 mg pro Liter, wendet sich das Blatt. In dieser niedrigen Konzentration haben die Fuselalkohole eine positive Wirkung sowohl auf das Aroma und den Geschmack als auch auf das Mundgefühl von Spirituosen, und somit auch auf Whisky. Da bewahrheitet sich wieder der alte, etwas abgewandelte Spruch von Paracelsus: „Die Dosis machts!“

 

Woher stammen sie?

Die Fuselöle tauchen zum ersten Mal nach der Fermentation auf, entstehen also während der alkoholischen Gärung. Eben jener Prozess in der Whiskyherstellung, bei dem durch Umwandlung von Zucker die Hauptprodukte Ethanol und Kohlendioxid gebildet werden. Verantwortlich dafür ist die Hefe. Wie jedes Lebewesen, benötigt auch die Hefe für ihr Wachstum und die Zellteilung Nahrung. Diese bestimmten Nährstoffe findet sie in der zuckerhaltigen Würze in Form von löslichen Aminosäuren vor. Aminosäuren sind chemische Verbindungen, die zur Stoffklasse der Säuren gehören und als Merkmal mindestens ein Stickstoffatom in Form einer sog. Aminogruppe besitzen. Daher auch der Name. Eine Verbindung mit einer Aminogruppe und einer Säuregruppe im gleichen Molekül nennt der Chemiker allgemein Aminosäure. Einfacher geht’s nicht! Diese Aminosäuren kommen auch in der Natur vor, beispielsweise als Bausteine von Eiweißen oder Proteinen, und sind demnach auch in Getreide enthalten. Um einen Malt Whisky herzustellen, gelangen diese Aminosäuren folglich über die Gerste in die Würze und somit auf den Teller der Hefe. Bei der Verdauung, also der Verstoffwechselung der Aminosäuren, scheidet die Hefe das, was sie nicht davon benötigt, über ihre Zellwand wieder aus. Die „Hefe-Abfallprodukte“ von Aminosäuren sind die Fuselalkohole, also unsere Fuselöle. Sie gelangen, wie das flüssige Ethanol, das gasförmige Kohlendioxid und unzählig viele andere lösliche, chemische Verbindungen ebenso, auf diese Weise in die fermentierte Lösung, die sogenannte Wash.

 

Von der Aminosäure zum Fuselalkohol

Die wichtigsten Fuselalkohole, die wir hier betrachten möchten, tragen die chemischen Namen Propanol, Isobutanol, optisch aktiver Amylalkohol, Isoamylalkohol und 2-Phenylethanol. Zugegeben, etwas kompliziert. Aber an der Endung -ol erkennen Sie, dass es sich um Alkohole handelt. Diese werden auf biochemischem Wege aus den natürlich vorkommenden Aminosäuren Threonin, Valin, Isoleucin, Leucin und Phenylalanin gebildet, die in Form von Proteinen in der Gerste enthalten sind. Ja, hier steckt wiederum, wie fast immer in der Chemie, Methode dahinter, denn fast alle natürlich vorkommenden Aminosäuren enden auf -in. Die Umwandlung von Aminosäuren zu den entsprechenden Fuselalkoholen in der Hefezelle geschieht – vereinfacht gesagt – folgendermaßen: Die Enzyme der Hefe zerlegen zunächst die Proteine der Gerste in die einzelnen Aminosäure-Bausteine. Anschließend wird aus der jeweiligen Aminosäure die Stickstoff-haltige Aminogruppe entfernt, dann Kohlendioxid abgespalten und zum Schluss der verbliebende Rest zum Fuselalkohol reduziert.

 

Aminosäure

Fuselalkohol

Summenformel

Threonin

Propanol

C3H7OH

Valin

Isobutanol

C4H9OH

Isoleucin

optisch aktiver Amylalkohol

C5H11OH

Leucin

Isoamylalkohol

C5H11OH

Phenylalanin

2-Phenylethanol

C8H9OH

 

Die Menge an Fuselöle im gereiften Whisky stellt einen wichtigen Bestandteil seines Charakters dar. Das Propanol verhält sich ähnlich wie Ethanol und hat auch einen vergleichbaren Geruch. Das Isobutanol ist ebenfalls eine farblose Flüssigkeit, die angenehm süßlich riecht. Der optisch aktive Amylalkohol, wiederum eine farblose Flüssigkeit, tritt mit einem gekochten Röstaroma mit fruchtigen bzw. alkoholischen Untertönen in den Vordergrund. Isoamylalkohol hat die gleiche Summenformel wie der optisch aktive Amylalkohol, besitzt jedoch eine andere chemische Struktur (der Chemiker nennt dieses Phänomen „Isomere“), die sich u.a. auch auf dessen Geruchseigenschaften auswirkt. Denn dieser farblose Fuselalkohol macht durch einen leicht stechenden Alkoholgeruch auf sich aufmerksam. Und schließlich sticht das 2-Phenylethanol, ein aromatischer Alkohol (hier gilt nicht die o.g. allgemeine Formel CnH2n+1OH), durch seinen charakteristischen rosenartigen Duft hervor.

 

Weiterreaktionen

Nun, werden Sie sagen, schön und gut. Aber das sind fast alles Aromen, die sich nur bedingt für den Whisky-Genießer ansprechend anhören. Da haben Sie Recht! Doch nicht alles an Fuselölen erscheint auch im späteren Destillat bzw. Whisky. Denn diese Fuselöle haben alle einen zum Teil deutlich höheren Siedepunkt als Ethanol. Während der zweiten Destillation in der Kupferbrennblase erscheinen sie folglich erst gegen Ende des Hauptlaufs und während des Nachlaufs. Daher liegt es an dem Brennmeister, wieviel er davon in seinem New Make enthalten haben möchte. Meist leisten diese Fuselöle ihren Beitrag eher zum Mundgefühl eines Whiskys, also wie sich dieser beim Verkosten im Mund anfühlt. Zum Aroma und Geschmack tragen sie aber dennoch bei. Denn die Fuselalkohole im Destillat können während der Fassreifung mit anderen Partnern chemische Reaktionen eingehen. Diese verlaufen unter den Temperaturen eines gut gekühlten schottischen Lagerhauses zwar sehr langsam ab, doch die einzelnen Reaktionspartner im Fass haben ja auch fast alle Zeit der Welt. Die wichtigste Reaktion sei an dieser Stelle genannt, nämlich die chemische Umsetzung der Fuselalkohole mit Säuren zu einer neuen Stoffklasse, die mit angenehmen, meist fruchtigen Aromen aufwartet: die Ester. Generell gilt: Immer dann, wenn Säuren und Alkohole miteinander reagieren, entstehen Ester und Wasser.