VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2012-0131-01

Tracking Amylolytic Enzyme Activities During Congress Mashing with North American Barley Cultivars: Comparisons of Patterns of Activity and beta-Amylases with Differing Bmy1 Intron III Alleles and Correlations of Amylolytic Enzyme Activities (1). Stanley H. Duke (2), Department of Agronomy, University of Wisconsin, Madison; Marcus A. Vinje, United States Department of Agriculture–Agricultural Research Service (USDA-ARS), Cereal Crops Research Unit (CCRU), Madison, WI; and Cynthia A. Henson, USDA-ARS CCRU and Department of Agronomy, University of Wisconsin, Madison. (1) Mention of a proprietary product does not constitute a guarantee or warranty of the product by the United States Department of Agriculture and does not imply its approval to the exclusion of other suitable products. (2) Corresponding author. E-mail: <shduke@wisc.edu>; Phone: +1.608.262.6527; Fax: +1.608.890.0306. This article is in the public domain and not copyrightable. It may be freely reprinted with customary crediting of the source. American Society of Brewing Chemists, Inc., 2012. J. Am. Soc. Brew. Chem. 70(1):10-28, 2012.

This study was conducted to test three hypotheses: 1) that alpha-amylase will have less consistent patterns of activity during mashing than will beta-amylase and limit dextrinase; 2) that differing beta-amylase 1 intron III alleles (Bmy1.a and Bmy1.b) would not be useful in predicting high or low activities or thermostabilities among cultivars; and 3) that correlations of alpha-amylase versus beta-amylase activities would be more significant than for either amylase versus limit dextrinase during the initial 55 min of mashing, when the bulk of wort sugars are produced. Malts of six two-row and six six-row barley cultivars were mashed, and amylolytic enzymes were assayed at six time points during mashing. alpha-Amylase activities of four cultivars peaked at 30 min (45°C), six at 55 min (70°C), and two at 75 min (70°C). beta-Amylase activities of all cultivars peaked sharply at 30 min (45°C) into mashing and declined precipitously thereafter, rapidly approaching near nil by 75 min. Limit dextrinase activities of 11 of 12 cultivars peaked at 55 min (70°C), and one peaked at 30 min (45°C). These data indicate no uniform pattern for the development of alpha-amylase activity compared with patterns for beta-amylase and limit dextrinase during mashing. Steptoe, a feed barley cultivar, had much lower peak activities for all three amylolytic enzymes than did malting cultivars. The highest beta-amylase activities during mashing of cultivars with either the Bmy1.a (Legacy, Lacey, and Morex) or Bmy1.b (Merit and Harrington) intron III alleles were not significantly different as determined by least significant difference (LSD) analysis (P < 0.0001). As temperatures increased from 45 to 70°C (55 min), percentages of the highest beta-amylase activities decreased from 11.9% (Rasmusson) to 41.5% (Steptoe). LSD analysis revealed that Steptoe (Bmy1.a allele) had significantly higher beta-amylase thermostability than did malting cultivars. The highest malting barley thermostabilities for beta-amylases (Lacey [Bmy1.a allele] and Harrington [Bmy1.b allele]) were not significantly different (P < 0.0001). Correlations of alpha-amylase versus beta-amylase activities were positive and significant in seven of nine possible correlations from 5 to 55 min of mashing, whereas alpha-amylase and beta-amylase versus limit dextrinase activity correlations over the same period were significant in two of nine and one of nine correlations, respectively. This study supports all three of the proposed hypotheses. Keywords: alpha-Amylase, beta-Amylase, Bmy1 intron III alleles, Enzyme thermostability, Limit dextrinase, Mashing

Este estudio fue realizado para probar tres hipótesis: 1) que la alfa-amilasa va a tener patrones menos consistente de la actividad durante la maceración que la beta-amilasa y la dextrinasa límite, 2) que los diferentes beta-amilasa un intrón III alelos (Bmy1.a y Bmy1.b) se no ser útil en la predicción de alta o baja actividades o termoestabilidades entre los cultivares, y 3) que las correlaciones de las actividades de alfa-amilasa contra beta-amilasa sería más significativo que cualquiera amilasa contra dextrinasa límite durante los primeros 55 minutos de maceración que produce la mayor parte de los azúcares en el mosto. Malta de cebada de seis cultivares de dos carreras y seis cultivares de seis carreras fueron macerado y enzimas amilolíticas se analizaron en seis puntos durante el tiempo de maceración. Actividades de alfa-amilasa de cuatro cultivares alcanzaron un máximo a los 30 minutos (45°C), seis a los 55 min (70°C), y dos a los 75 min (70°C). Actividades de beta-amilasa en todos los cultivares alcanzaron un máximo fuertemente a los 30 minutos (45°C) en la maceración y se redujo abruptamente a partir de entonces, acercando rápidamente a cerca de cero por 75 min. Actividades de dextrinasa límite de 11 de los 12 cultivares alcanzaron un máximo a los 55 min (70°C), y uno alcanzó su máximo a los 30 minutos (45°C). Estos datos indican que no hay un patrón uniforme para el desarrollo de la actividad de la alfa-amilasa en comparación con los patrones de la beta-amilasa y la dextrinasa límite durante la maceración. Steptoe, un cultivar de cebada para la alimentación animal, tenía mucho más bajos actividades máximo para las tres enzimas amilolíticas que los cultivares de malteo. Las actividades más alta de beta-amilasa durante la maceración de las variedades, ya sea con los intrón III alelos de Bmy1.a (Legacy, Lacey y Morex) o Bmy1.b (Mérito y Harrington) no fueron significativamente diferentes según lo determinado por diferencia mínima significativa (DMS) de análisis (P < 0.0001). Ya que las temperaturas aumentó de 45 a 70°C (55 min), los porcentajes de las actividades máximas de beta-amilasa se redujo de 11.9% (Rasmusson) a 41.5% (Steptoe). El análisis de DMS reveló que el Steptoe (alelo Bmy1.a) tenía significativamente mayor termoestabilidad de beta-amilasa que los cultivares de malteo. Lo más alto termoestabilidad para las cebadas de malteo de beta-amilasas (Lacey [alelo Bmy1.a] y Harrington [alelo Bmy1.b]) no fueron significativamente diferentes (P < 0.0001). Correlaciones de actividades de alfa-amilasa contra beta-amilasa fueron positivas y significativas en siete de nueve posibles correlaciones entre 5 a 55 minutos de maceración, mientras que alfa-amilasa y beta-amilasa contra las correlaciones de la actividad de dextrinasa límite en el mismo período fueron significativas en dos de las nueve y uno de nueve correlaciones, respectivamente. Este estudio apoya las tres hipótesis propuestas. Palabras claves: alfa-Amilasa, beta-Amilasa, Bmy1 intrón III alelos, Termoestabilidad enzimática, Dextrinasa límite, Trituración