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Monitoring Flavor Development During the Roasting of Cereals

Peer-Reviewed Paper

MBAA TQ vol. 40, no. 2, 2003, pp. 98-107  |  VIEW ARTICLE

Catharine L. O’Shaughnessy (1), G. S. Chandra (1), P. J. Fryer (2), P. T. Robbins (2), and B. L. Wedzicha (3). 1. Brewing Research International, Lyttel Hall, Nutfield, Surrey, RH1 4HY, U.K. 2. Centre for Formulation Engineering, Chemical Engineering, University of Birmingham, Birmingham, B15 2TT, U.K. 3. Procter Department of Food Science, University of Leeds, Leeds, LS2 9JT, U.K.

Abstract
Roasted cereal products are important sources of flavor and color in the brewing industry. However, production to a flavor specification, although desired by customers, is not yet possible. Samples of commercial roasted products (amber, chocolate, black malt, and roasted barley) were sampled periodically during roasting. Two techniques were then used to follow the development of flavor: analytically using chemical marker compounds representing the major groups of flavor-active compounds found in roasted cereals, and flavor profiling by an expert taste panel. Principal components analysis was used to investigate relationships between the chemical and sensory data. The majority of the measured chemical marker compounds were not detected until after an hour of roasting and, in the case of amber malt, certain thiazoles were not detected at all. The formation of these compounds is a function of moisture, temperature, or both. Flavor development preceded color development and, in all cases, the greatest development of color occurred in the last 10-15 min of roasting. Sensory analysis showed that high-color end products were less bitter, burnt, and harsh than were samples taken earlier in the roasting time course. This was corroborated by gas chromatographic data, which showed a reduction in the concentration of sulfur and nitrogen heterocyclic compounds (particularly pyrazines) toward the end of roasting. None of the sulfur or nitrogen compounds detected in amber malt decreased in concentration toward the end of roasting. This again appears related to moisture level and product temperature. It may be feasible, therefore, to promote or inhibit the formation of certain flavors just by manipulating the air temperature/flow entering the roaster. This will affect moisture level and product temperature, which, in turn, will affect flavor compound formation.
Keywords: color, flavor, heterocyclic compounds, principal components analysis, roasting, sensory

 

Síntesis
Productos de cereales tostados son una importante fuente de color y saborizantes en la industria cervecera. La elaboración de estos productos a una especificación saborizante precisa, muy deseada por los clientes, aun no es posible. Muestras de productos tostados comerciales (cebada malteada tipo ámbar, chocolate y negra, así como cebada tostada) fueron analizadas a diferentes momentos del proceso de tostado. Se utilizaron dos técnicas diferentes para hacerle el seguimiento del desarrollo del sabor/aroma (“flavor”): analíticamente utilizando compuestos químicos marcadores representando los grupos principales de compuestos activos saborizantes encontrados en cereales tostados, en conjunto con la determinación del perfil de sabor/aroma de la muestra determinado por un panel sensorial experto. Se realizó un análisis de componentes principales para determinar las relaciones entre los datos químicos y sensoriales. La mayoría de los compuestos marcadores analizados no fueron detectados sino después de una hora de tostado; en el caso de la malta tipo ambar, no se llegó a detectar la presencia de ciertos tiazoles. La formación de estos compuestos es una función de humedad, temperatura o ambos. El desarrollo de sabor/aroma precede el desarrollo del color y, en todos los casos, el mayor desarrollo de color ocurrió en los últimos 10-15 minutos del tostado. El análisis sensorial indicó que los productos finales de más alto color eran menos amargos, acres y ásperos que las muestras tomadas antes de la finalización del tostado. Estos resultados fueron confirmados por los datos de la cromatografía de gases, donde se pudo observar una reducción en la concentración de compuestos heterocíclicos de azufre y nitrógeno (especialmente pirazinas) hacia la finalización del tostado. Es de notar que ninguno de los compuestos de azufre y nitrógeno detectados en mata ámbar disminuyeron hacia el final del tostado. Parece que esto está relacionado con los niveles de humedad y temperatura del cereal. Podría ser factible promover o inhibir la formación de ciertas características sensoriales mediante la manipulación del flujo y temperatura del aire entrando a la tostadora. Esto afecta el nivel de humedad y la temperatura del producto que a su vez influye sobre la formación de compuestos saborizantes.
Palabras claves: color, “flavor”, compuestos heterocíclicos, análisis de componentes principales, tostado, pruebas sensoriales

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