VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2014-0130-01

A Comparison of Barley Malt Amylolytic Enzyme Thermostabilities and Wort Sugars Produced During Mashing (1). Cynthia A. Henson (2), United States Department of Agriculture-Agricultural Research Service (USDA-ARS), Cereal Crops Research Unit (CCRU), Madison, WI and Department of Agronomy, University of Wisconsin, Madison, WI; Stanley H. Duke, Department of Agronomy, University of Wisconsin, Madison, WI; and Marcus A. Vinje, USDA-ARS, CCRU, Madison, WI. (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: <cynthia.henson@ars.usda.gov>; phone: +1-608-262-0377; fax: +1-608-890-0306. J. Am. Soc. Brew. Chem. 72(1):51-65, 2014.

This study was conducted primarily to determine the relationship between barley amylolytic enzyme thermolability of malts produced over several days of germination and wort sugar concentrations produced during mashing. Seeds of 4 two-row and 4 six-row North American elite barley cultivars were steeped and germinated in a micromalter. At 24 hour intervals throughout 6 days of germination, green malt was removed and kilned. Malts were assayed for activities of alpha- and beta-amylase and limit dextrinase before and after mashing at 70°C for 30 min to determine thermostabilities. Wort sugars were assayed after mashing. alpha-Amylase thermostability was either unaffected or higher after the 70°C mashing indicating that it is not thermolabile for 30 min at 70°C. In contrast, malt beta-amylase and limit dextrinase thermostabilities greatly decreased between days 1 and 2, indicating a strong developmental influence on this parameter. For all cultivars combined, over all days of germination, malt beta-amylase and limit dextrinase thermostabilities correlated negatively and highly significantly with total wort sugars (r = –0.656, P < 0.0001; r = –0.767, P < 0.0001, respectively) and with fermentable wort sugars. Six-row cultivar beta-amylase and limit dextrinase thermostabilities correlated slightly better than two-row cultivar thermostabilities with total and individual sugar concentrations (e.g., total sugars: two-row beta-amylase and limit dextrinase, r = –0.645, P < 0.0001, r = –0.770, P < 0.0001, respectively; six-row beta-amylase and limit dextrinase, r = –0.686, P < 0.0001, r = –0.808, P < 0.0001, respectively). In contrast, the non-fermentable maltodextins, maltotetraose through maltoheptaose, correlated positively and highly significantly with beta-amylase and limit dextrinase thermostabilities. These data suggest that beta-amylase and limit dextrinase thermostabilities become more limiting to starch degradation as germination proceeds. Also, these data are in direct contrast to correlations of initial activities of these enzymes and wort sugars produced by malts over 6 days of germination. beta-Amylase intron III allelic variation had no effect on thermostability or activity on the day of optimal malt modification (day 5) or any other day where LSD analysis was significant, indicating that, as in past studies, North American barley germplasm, beta-amylase thermostability, and activity are not influenced by intron III allelic variation. Keywords: alpha-Amylase, beta-Amylase, Enzyme thermostability, Limit dextrinase, Mashing, Wort sugars

Este estudio se realizó principalmente con el fin de determinar la relación que existe entre la termolabilidad de las enzimas amilolìticas de la cebada (en maltas elaboradas a lo largo de varios días de germinación) y la concentración de azucares en el mosto producidas en la maceración. Semillas de cuatro cebadas élites (tanto de 2-hileras como de 6-hileras) Norteamericanas fueron remojadas y germinadas en un micro-malteador. Se extrajeron muestras de malta verde en intervalos de 24 horas a lo largo de los seis días de germinación y estas fueron secadas y tostadas. Se determinaron las concentraciones de amilasas alfa y beta y la dextrinasa límite de las maltas antes y después de macerar a 70ºC durante 30 min. para averiguar su termolabilidad. Los azucares en el mosto se analizaron después de la maceración. La termo-estabilidad de la alfa-amilasa no fue afectada (o si acaso fue mayor) después de la maceración a 70ºC, indicando que no es termolábil a 70ºC por 30 min., mientras que las termo-estabilidades de la beta-amilasa y de la dextrinasa límite de la malta disminuyeron fuertemente entre los días uno y dos, indicando una fuerte influencia de desarrollo de este parámetro. Para todas las variedades cultivadas combinadas, a lo largo de todos los días de la germinación, las termo-estabilidades de la beta-amilasa y de la dextrinasa límite de la malta dieron una correlación negativa muy significativa con los azucares totales en el mosto (r = –0,656, P < 0,0001; r = –0,767, P < 0,0001, respectivamente) como también con los azucares fermentables en el mosto. Las termo-estabilidades de la beta-amilasa y de la dextrinasa límite de la las variedades de cultivo de seis hileras dieron una correlación (algo mejor que las de las variedades de cultivo de dos hileras) con las concentraciones del azúcar total e individual. Por ejemplo, para el azúcar total: beta-amilasa de dos hileras y dextrinasa límite, r = –0,645, P < 0,0001; r = –0,770, P < 0,0001, respectivamente; beta-amilasa de seis hileras y dextrinasa límite, r = –0,686, P < 0,0001; r = –0,808, P < 0,0001, respectivamente. Contrariamente, las maltodextrinas y la maltotetraosa hasta la maltoheptaosa (no fermentables) mostraron una correlación positiva altamente significativa con las termo-estabilidades de la beta-amilasa y de la dextrinasa límite. Estos datos sugieren que las termo-estabilidades de la beta-amilasa y de la dextrinasa límite se hacen más limitantes a la degradación del almidón a la vez que procede la germinación. Estos datos están en contraste directo a las correlaciones de las actividades iniciales de estas enzimas y los azucares en el mosto producido por la malta a lo largo de seis días de germinación. La variación intron III allelic de la beta-amilasa no tuvo ningún efecto sobre la termo-estabilidad o actividad en el día de modificación óptima de la malta (día 5) o en cualquier otro día donde el análisis LSD fue significativa, indicando que, así como en estudios anteriores, la germplasma de cebada Norteamericana, la termo-estabilidad de la beta-amilasa y su actividad, no fueron influenciadas por la variación intron III allelic. Palabras claves: alfa-Amilasa, beta-Amilasa, Azucares del mosto, Dextrinasa límite, Maceración, Termo-estabilidad enzimática