Amino acid composition of 

barley: Impact on malting and brewing

MSU Barley Breeding, Genetics and Quality

Jamie Sherman     

Hannah Turner

Greg Lutgen

Sarah Olivo

Graduate Students

Traci Hoogland

Joe Jensen

Jessica Williams

Undergraduates

Josh Wolfram

Chloe Smythrin

Brianna Bienusa

Madison McChesney

Erin Johnson

Kaleb Murphy 

http://www.montana.edu/barleybreedingfacebook @MSUBarleyMaltQualityLab/

Composition of seed impacts ‐Malting• Cell wall• Proteins• Starch• LipidsBrewing• Total protein• Extract• Amino acids• Lipids

MSU Grew and malted 300 varieties

Harmonie Bettenhausen

Adam Heuberger

Making malt – Compounds made available

Germ test and Chapon testing

Composition of barley endosperm

Extract

FAN &Soluble Protein

β‐glucan

Modified from: Barley and Malting quality: A field to Brewhouse Perspective, NCI, NDSU

Amino acid structure and peptide bond

What are storage proteins made of? Chain of amino acids

Amino acid composition and order determine structure and function

From Shewry and Tatham,1990

0

50

100

150

200

250

300

350

Asp Asn Thr Ser Glu Gln Pro Gly Ala Cys Val Met Ile Leu Tyr Phe His Lys Arg Trp

Amino acids in barley storage proteins

B hordein C hordein D hordein 5 D hordein 10 ϒ hordein

Protein Chromosome Characteristics

B hordein 1HS S rich

C hordein 1HS S poor

D hordein (2 subunits) 1HL High Mol Wt

ϒ type hordeins  1HS S rich

Grind Malt, Make Wort, Filter, Test Wort

Ferreira and Guido. 2018. Fermentation 4:23

Amino acids in wort

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Asp Asn Thr Ser Glu Gln Pro Gly Ala Cys Val Met Ile Leu Tyr Phe His Lys Arg Trp

wort

Variation in amino acids by varieties

Amino acid variation in malt from 20 varieties grown in MT 2018

alanine histidine isoleucine l‐threonine aspartic acid serine phenylalanine proline glutamine valine tryptophan tyrosine asparagine

Yeast absorb amino acids with varying efficiency• Group A – almost totally removed from wort after 20hr

• Group B absorbed gradually during fermentation

• Group C uptake coincides with end of A uptake

• Proline about 1/3 total amino N

Essentially no uptake

Jones and Pierce, 1964

How can amino acids from barley impact beer flavor

Maillard Products

Strecker Aldehydes

Higher ROH

Esters

CarbonylButteryfloral

Nutty roasted

Van Boekel, M.A. 2006

Maillard rxn

Some Maillard reaction might contribute to off flavors either directly or through degradation

Ferreira and Guido. 2018. Fermentation 4:23

Strecker Aldehydes

Malt, Mashing and Wort boiling

Fermentation

Packaged beer

aThum et al., 1995; b Saison et al., 2009

Amino acids known to form Strecker products ‐

a Dufour and Malcorps, 1994; b Engan. 1981; c Meilgaard, 1975; d Engan,1972;  eReed, 1991; f Renger et al., 1992; g  Olaniran et al., 2017; h Huges and Baxter, 2001.

Variation in amino acids by varieties

Amino acid variation in malt from 20 varieties grown in MT 2018

alanine histidine isoleucine l‐threonine aspartic acid serine phenylalanine proline glutamine valine tryptophan tyrosine asparagine

Other considerations of proline

2020 – Grow most variable lines for proline from 2019Questions to answerAre higher proline levels correlated with more vigorous seed?Are proline levels impacted by drought?Is proline variable in grain and wortIf wort only  look at protease activity – if both why?Impact of proline variation on brewing and shelf life?

Improving BarleyGrower to Glass

http://www.montana.edu/barleybreedingfacebook @MSUBarleyMaltQualityLab/

Questions