VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2013-0912-01

Comparisons of Amylolytic Enzyme Activities and beta-Amylases with Differing Bmy1 Intron III Alleles to Osmolyte Concentration and Malt Extract During Congress Mashing with North American Barley Cultivars (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 U.S. 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: +1.608.513.2247; fax: +1.608.890.0306. J. Am. Soc. Brew. Chem. 71(4):193-207, 2013.

This study was conducted to determine the relationships between patterns of activity of malt amylolytic enzymes (alpha-amylase, beta-amylase, and limit dextrinase) and the patterns of osmolyte concentration (OC) and malt extract (ME) production in two- and six-row North American barley cultivars over the course of Congress mashing and to test three hypotheses: 1) that maximal activity of and rates of increase in beta-amylase activity during the initial phases of mashing would correlate better than the other amylolytic enzymes with OC and ME production, 2) that positive rates of change of OC would continue for a longer period than ME during mashing regardless of cultivar beta-amylase intron III allelic variation, and 3) that beta-amylase intron III allelic variation would have no significant association with the magnitude or OC and ME production during mashing. Malts of 12 barley cultivars were mashed in a micromasher and assayed for amylolytic enzyme activities and OC and ME levels at six time points during the 115-min Congress mashing regime. Maximal beta-amylase activity correlated positively and significantly with OC (r = 0.701, P = 0.011) and better than with ME (r = 0.419, P = 0.175). Maximal alpha-amylase activity correlated positively and significantly with OC (r = 0.582, P = 0.047) but not as well as did beta-amylase, nor did it significantly correlate with ME. Maximal limit dextrinase activity did not correlate significantly with either OC or ME. Rates of increase of beta-amylase activity correlated well with rates of increase of OC (r = 0.656, P = 0.0205) but not with ME (r = 0.269. P = 0.398) during the initial phase of mashing (5 to 30 min). Rates of increase of alpha-amylase and limit dextrinase activities did not correlate significantly with OC or ME over this period. Rates of increase for wort OC and ME for each cultivar were greatest over the period from 5 to 30 min of mashing. Between 55 and 75 min, rates of increase of wort ME plummeted to near nil and remained significantly the same (P < 0.0001) for the remainder of mashing. In contrast, rates of increase in wort OC for each cultivar were still positive between 55 and 75 min, albeit at a lower level than earlier in mashing. For most cultivars, rates of increase in OC, although decreasing, remained positive until the end of mashing. beta-Amylase intron III allelic variation had no apparent association with this pattern of OC change. The OC data indicate continued degradation of storage compounds for a significantly longer duration than increases in ME after the mass of material in wort had stabilized. Throughout mashing, cultivars with either the beta-amylase Bmy1.a or Bmy1.b intron III alleles were not significantly different for the highest OC or ME. OC measurements resulted in more significant differences between cultivars than ME measurements. Also, OC did not consistently rank cultivars in the same pattern as ME during mashing, indicating that the intrinsic differences in the two methods yield slightly differing results. These data support all three hypotheses. Keywords: alpha-Amylase, beta-Amylase, Limit dextrinase, Malt extract, Mashing, Osmolyte concentration

Este estudio se realizó para determinar las relaciones entre las pautas de actividad de las enzimas amilolíticas de la malta (alfa-amilasa, beta-amilasa, y la dextrinasa límite) y las pautas de concentración osmolito (OC) y producción de extracto de malta (ME) de los cultivares de cebada norteamericano de dos carreras y en de seis carreras sobre el transcurso de un maceración congreso y para poner a prueba tres hipótesis: 1) que la actividad máxima y las tasas de aumento de la actividad de beta-amilasa durante las fases iniciales de la maceración se correlacionan mejor que las otras enzimas amilolíticas con el OC y el producción de ME, 2) que las tasas de variación positivas del OC continuarían por un período superior que lo del ME durante el maceración independientemente de la variación alélica de beta-amilasa intrón III entre cultivares, y 3) que la variación alélica de la beta-amilasa intrón III no tendría ninguna asociación significativa con la magnitud del OC y la producción de ME durante la maceración. Maltas de 12 cultivares de cebada fueron macerado en un micro-macerador y se ensayó por la actividad de las enzimas amilolíticas y niveles de OC y ME en seis puntos de tiempo durante el régimen de 115 min del maceración. Actividades máximas de beta-amilasa eran positiva y significativamente correlacionado con OC (r = 0.701, P = 0.011) y mejor que con ME (r = 0.419, P = 0.175). Actividades máximas de alfa-amilasa eran positiva y significativamente correlacionado con OC (r = 0.582, P = 0.047), pero no tan bien como beta-amilasa, y tampoco se correlacionó significativamente con el ME. Actividades máximas de la dextrinasa límite no tenía correlaciones significativamente con cualquiera de OC o ME. Las tasas de incremento de la actividad de beta-amilasa se correlacionaron bien con las tasas de incremento del OC (r = 0.656, P = 0.0205), pero no con ME (r = 0.269, P = 0.398) durante la fase inicial de maceración (5 a 30 min). Las tasas de incremento de las actividades de alfa-amilasa y dextrinasa límite no se correlacionaron significativamente con el OC o ME en este período. Las tasas de incremento del OC y ME del mosto para cada cultivar fueron mayores durante el período de 5 a 30 min de la maceración. Entre 55 y 75 min, las tasas de incremento del ME del mosto ha caído a cerca de cero y se mantuvo significativamente igual (P < 0.0001) para el resto del maceración. En contraste, las tasas de incremento en el OC del mosto para cada cultivar eran todavía positiva entre 55 y 75 minutos, aunque a un nivel más bajo que antes en maceración. Para la mayoría de los cultivares, las tasas de incremento de OC, a pesar de la disminución, se mantuvo positivo hasta el fin de la maceración Variación alélica de la beta-amilasa intrón III tenía ninguna relación aparente con este pauta de cambio de OC. Los datos del OC indican una degradación continua de compuestos de almacenamiento para una duración significativamente más larga que los aumentos en el ME después de la masa de material en el mosto se había estabilizado. A lo largo de maceración, los cultivares con cualquiera de los dos beta-amilasa Bmy1.a o Bmy1.b intrón III alelos no fueron significativamente diferentes para las máximas de OC o ME. Mediciones del OC como resultado en diferencias más significativas entre los cultivares que las medidas de ME. También, OC no clasificaba constantemente los cultivares en el mismo pauta que ME durante la maceración, lo que indica que las diferencias intrínsecas en los dos métodos dan resultados ligeramente diferentes. Estos datos apoyan las tres hipótesis. Palabras claves: alfa-Amilasa, beta-Amilasa, Concentración osmolito, Dextrinasa límite, Extracto de malta, Maceración