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Monitoring Barley Extract Utilization by Saccharomyces cerevisiae in a Microbrewery

MBAA TQ doi:10.1094/TQ-47-2-0524-01  |  VIEW ARTICLE

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

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