VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2013-0610-01

Reducing Properties of Fermentable and Nonfermentable Carbohydrates in Beverages and Brewing Process. Thomas Kunz (1,2), Torsten Seewald (2), Niklas Brandt, and Frank-Jürgen Methner, Technische Universität Berlin, Institute of Food Technology and Food Chemistry, Chair of Brewing Science, Seestraße 13, 13353 Berlin. (1) Corresponding author. E-mail: <thomas.kunz@tu-berlin.de> (2) These authors contributed equally to this work. This paper is an original work and has not been previously published elsewhere in any language and is not currently under consideration by any other publication. J. Am. Soc. Brew. Chem. 71(3):124-130, 2013.

An optimized method to ascertain the reduction potential of sugars against Fe(^3+) at low pH range was applied to get a deeper insight into the reduction properties of carbohydrates in beverages and during the brewing process. Our investigations have clearly shown that the behavior of carbohydrates at low pH is different compared with the generally known reduction properties described by Fehling using NaOH. At a low pH range, the formation of the open-chain aldehyde structure of glucose is more inhibited and fructose has a higher ability to generate the open structure, resulting in stronger reducing properties. At typical beer pH range of approx. 4.3, the analyses showed the strongest reduction potential caused by the nonfermentable carbohydrate isomaltulose, which is commercially used to increase the palate fullness of beverages. On the side of fermentable carbohydrates, fructose showed the strongest reduction potential followed by maltotriose and maltose. The detected higher reduction potential of the “nonreducing” sucrose contrary to the so-called “reducing sugar” glucose can be explained by the acid hydrolyzation of carbohydrates. Furthermore, the demonstrated pH-dependent changes of the reduction potentials of carbohydrates, are notable and help to explain the influences of carbohydrates on oxidative processes at different pH ranges of beverages. Analogous to the latest publications about influences of substances with typical reductone or enediol structure on the acceleration of oxidative processes, the increasing reduction potential of carbohydrates is responsible for an accelerated oxygen activation and radical generation. Especially during the wort boiling process, where all carbohydrate reactions are accelerated, the carbohydrates with the stronger reduction potential are responsible for a stronger acceleration of oxidative processes and vice versa. Keywords: Beverages, Chapon, ESR, Reducing carbohydrates, Reduction potential, Wort boiling

Un método optimizado para determinar el potencial de reducción de azúcares en contra de Fe(^3+) en el intervalo de pH bajo se aplicó para obtener un conocimiento más profundo de las propiedades de reducción de los hidratos de carbono en las bebidas y durante el proceso de elaboración de la cerveza. Nuestras investigaciones han demostrado claramente que el comportamiento de los hidratos de carbono en un pH bajo es diferente en comparación con las propiedades de reducción generalmente conocidos y descritos por Fehling utilizando NaOH. En un rango de pH bajo, la formación de la estructura de aldehído de cadena abierta de la glucosa está más inhibida y la fructosa tiene una mayor capacidad para generar la estructura abierta, lo que resulta en propiedades reductoras más fuertes. En un típico rango de pH de cerveza de aprox. 4.3, los análisis mostraron el potencial de reducción más fuerte provocada por el hidrato de carbono no fermentable, la isomaltulosa, que se utiliza comercialmente para aumentar la plenitud paladar de bebidas. En el lado de los hidratos de carbono fermentables, fructosa mostró el potencial de reducción más fuerte seguido por maltotriosa y maltosa. El potencial de reducción más alto detectado de la “no reductor” sacarosa es contrario a la supuesta “azúcar reductor” glucosa puede ser explicado por la hidrólisis ácida de los hidratos de carbono. Por otra parte, en los niveles de pH demostrado, en función de los cambios de los potenciales de reducción de los hidratos de carbono, son notables y ayudan a explicar las influencias de los hidratos de carbono en los procesos oxidativos en diferentes intervalos de pH en las bebidas. Análogo a las publicaciones más recientes sobre las influencias de sustancias con reductona típica o estructura enediol en la aceleración de los procesos oxidativos, el aumento del potencial de reducción de los hidratos de carbono es responsable por la activación acelerada de oxígeno y la generación de radicales. Especialmente durante el proceso de cocción del mosto, donde se aceleran todas las reacciones en los hidratos de carbono, los hidratos de carbono con el potencial de reducción más fuerte son responsables de una mayor aceleración de los procesos oxidativos y viceversa. Palabras claves: Bebidas, Chapon, Ebullición del mosto, ESR, Hidratos de carbono reductores, Potencial de reducción