Monitoring Barley Extract Utilization by Saccharomyces cerevisiae in a Microbrewery
MBAA TQ doi:10.1094/TQ-47-2-0524-01 |
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Clarence S. Yah and Sunny E. Iyuke. School of
Chemical and Metallurgical Engineering, University of the
Witwatersrand, Johannesburg, Private bag 3, Wits 2050, South Africa.
Abstract
Among the cereals used for alcohol production, barley is usually
preferred due to its high carbohydrate content. Standard brewing barley
wort extracts contain approx. 80–90% carbohydrates, of which maltose makes
up approx. 60–70% of the total. It is, therefore, of paramount importance
to understand the utilization of barley wort carbohydrate extracts by
Saccharomyces cerevisiae during the fermentation process. The
conversion of barley wort to beer, which is used as an index of beer
strength, is a function of Saccharomyces yeast. The fermented wort
has an impact on beer stability due to the presence of sugars, as well as
on beer quality and shelf life. Partition high-performance liquid
chromatography (HPLC) was used to determine the individual fermentable
sugars in the wort of lager beer produced at the Wits microbrewery
laboratory. The sugars (glucose, fructose, and maltose) monitored were
identified by their retention times, which varied from 2.82
± 0.01 to 8.62 ±
0.18 min at a 95% confidence interval. Fermented wort extract pH decreased
with a concomitant increase in the yeast biomass and alcohol content of
the fermenting sugars. There was a decrease in the refractive indices of
the fermenting medium with the exhaustion of the sugars, resulting in a
constant specific gravity of 1.015, which indicated total consumption of
the sugars. The highly sensitive HPLC method of monitoring different sugar
levels served as a key indicator as to when the fermentation process was
complete. This process is important because it can help ensure that the
wort carbohydrate chemistry and parameters (temperature and pH) are
optimized to produce the maximum yield of ethanol.
Keywords: barley extract utilization, barley wort sugars,
Saccharomyces cerevisiae
Síntesis
La cebada es generalmente deseada para la producción de alcohol por
su alto contenido de carbohidratos. Los extractos de cebada cervecera
estándar contienen unos 80–90% de carbohidratos, siendo que la maltosa
constituye 60–70% de este total. Es por tanto importante que se entienda
como la Sacaromyces cerevisae utiliza los carbohidratos de los
extractos de la cebada en la fermentación. La conversión de mosto de
cebada en alcohol, usado como un índice de lo fuerte de una cerveza, es
una función de la levadura tipo Sacaromyces. El mosto fermentado
tiene un impacto sobre la estabilidad de la cerveza, debido a la presencia
de azúcares, como también sobre la calidad y la estabilidad de estante de
la cerveza. Se utilizó la partición mediante HPLC (cromatografía liquida
de alto desempeño) para determinar los azúcares fermentables individuales
en el mosto para una cerveza lager producida en el laboratorio de la
cervecería artesana de Wit. Los azúcares glucosa, fructosa, y maltosa
fueron identificados por sus tiempos de retención, variando estos entre
2,82 ± 0,01 y 8,62 ±
0,18 min con un intervalo de confianza del 95%. El pH del de mosto
disminuyó al aumentar la biomasa de la levadura y el contenido de alcohol
de los azúcares. El índice de refracción del medio disminuyó al reducirse
la concentración de azúcares, terminando con un peso específico constante
de 1,015 al completarse el consumo de los azúcares. La alta sensitividad
del método HPLC para determinar los niveles de los diferentes azúcares fue
un indicador clave de cuando se completó la fermentación. Esto es
importante porque puede asegurar que la química carbohidràtica del mosto y
los diferentes parámetros (temperatura y pH) estén optimizados para
producir la máxima cantidad de alcohol.
Palabras
claves: azúcares en mosto de cebada, Sacaromyces cerevisae,
utilización de extracto de cebada
