啤酒风味物质的研究进展

啤酒风味物质的研究进展1啤酒风味物质的研究进展摘要：我们这学期新开了一门课程，酿造学，其中讲了啤酒的制作工艺，我非常感兴趣，所以选择了在食品营养与风味这篇课程论文中，选择查阅近几年有关啤酒风味物质的文献，写一篇啤酒风味的综述类论文，希望自己对啤酒及其风味有更一步的了解。关键词：啤酒风味成分前言：啤酒是通过谷物发酵制成的，含有丰富的碳水化合物、蛋白质、氨基酸、B族维生素、钙、磷等营养素，具有助消化、开胃健脾、增进食欲等功能。近年来，我国啤酒工业迅猛发展，同时随着人们生活水平的不断提高，啤酒越来越受到人们的喜爱，对啤酒的质量要求也提升到口感和风味上来，要求啤酒不仅口感要好，更要有良好的风味，并且要求风味稳定性较好，保持啤酒风味的稳定性和调整啤酒的类型，成为啤酒行业的必然发展趋势。本文对啤酒的风味成分、风味成分的检测方法、啤酒风味的影响因素及控制进行了综述。1啤酒的风味成分啤酒作为一种发酵酒，它的风味成分非常复杂，种类繁多，其来源主要有以下几个途径：一是原料本身含有的风味成分；二是原料中的某些物质经微生物发酵代谢而生成的风味成分；三是制造过程中产生的物质以及这些物质成分在后来的贮存加工过程新生成的风味成分。啤酒风味主要由香气嗅感和苦味味感组成。啤酒中风味物质的种类和数量，不仅决定啤酒的类型和风格，而且对啤酒酿造过程的控制和啤酒质量起着关键作用[1]。1.1啤酒的香气成分啤酒的香气成分包括醇类、酯类、羰化物、酸类、硫化物等。醇类包括乙醇与高级醇，它们是酒的主体物质，高级醇能赋予啤酒丰满、厚实的口感，但若过多会引起杂醇臭，饮用时引起头胀头痛。啤酒中的高级醇有10余种，主要是在发酵过程酵母代谢产生。酯类能赋予啤酒芳香，但酯香太重会掩盖酒花香而成异香，应控制适量。羰基类化合物在啤酒中约有80余种，它们易挥发，刺激感强，阈值低，因此酿造过程中控制其含量。羰基化合物中的丁二酮(双乙酰)对啤酒风味有重要影响，当双乙酰含量超过0.5mg/L时有显著的、不愉快的刺激味。有机酸主要来自原料和发酵过程中酵母代谢，它不仅是啤酒的重要风味物质，而啤酒风味物质的研究进展2且影响啤酒酒体pH值变化。硫化物含量很低，但强烈影响啤酒的口味和气味，超过了味的阈值，使啤酒有一种不成熟的生啤酒味。啤酒的香气中测出的物质达300种以上，但总的含量很低，仅高碳醇和有机酸稍多些。从香气值来看各成分对啤酒香气的贡献率，醇类占21%，酯类占26%，羰化物占21%，酸类占18%，硫化物占7%[2]。啤酒中还含有约0.5%的二氧化碳，适量的二氧化碳有助于啤酒香气的和谐一致。啤酒的香气质量是这些成分按一定比例调和的结果。1.2啤酒的苦味成分啤酒具有独特苦味，是由大量使用的酒花中所含有的苦味成分和在酿造过程中新产生的苦味成分共同形成的。啤酒中约含有30多种苦味物质，大多为葎草酮和蛇麻酮类衍生物。在酿造工业上也将葎草酮类化合物称为α-酸或甲种苦味酸，将蛇麻酮类化合物称为β-酸或乙种苦味酸。α-酸包括葎草酮、副葎草酮、加葎草酮等5种成分。在新鲜啤酒花中它们的含量约为2-8%，在啤酒中约占苦味物质总量的85%左右。它们都具有较强的苦味感，也有很强的防腐能力。酒花与麦芽汁在煮沸过程中，大约有40-60%的α-酸发生异构化，生成异α-酸，异α-酸也是啤酒中重要的苦味成分，而且更易溶于麦芽汁中[3]。啤酒花和酒的香气，酒花的苦味和酒内适当的酸甜味感，以及二氧化碳的刺激感等，共同形成了啤酒的风味特征。2啤酒风味成分的检测方法研究进展啤酒中风味成分种类繁多，风味成分的分离、分析比较困难。色谱、质谱技术是检测啤酒中风味物质的重要手段，目前较为先进的啤酒中风味物质检测技术有气相色谱法（GC）、色谱-质谱联用法（GCMS）、气相色谱-嗅觉检测法（GC-O）及高效液相色谱法（HPLC）等。气相色谱法是分离分析挥发性、半挥发性化合物的重要方法。由于啤酒粘度较大，所以在采用气相色谱法分析时，很少采用直接进样的方式，一般都要进行预处理，所以形成了一系列预处理方法与气相色谱结合的具体方法，如蒸馏-气相色谱法、溶剂萃取-气相色谱法、顶空分析-气相色谱法、固相微萃取（SPME）-气相色谱法等。其中顶空分析-气相色谱法又分为静态法和动态法。静态法简单易行，但无富集作用，不能检测出含量低微的成分。动态法具有富集作用，可以检测出挥发性较弱和含量很低的组份。色谱-质谱联用技术将具有分离效能的气相色谱技术与能进行物质定性质谱联用，啤酒风味物质的研究进展3该技术可对啤酒中的多类挥发性化物进行分离和定性定量，适于醇、酯、脂肪酸、醛、酮、含硫合物等挥发性化合物的测定。气相色谱-气味检测技术（GC-O）是利用气相色谱的高效分离性能，将啤酒中复杂的风味组分分离成单个的化合物，毛细管柱的出口一分为二，一个接FID检测器或质谱，进行常规的定量，一个接嗅探口。嗅探口通常是圆锥形的，由玻璃或者聚四氟乙烯制成，通过人的嗅觉鉴别单个成分的风味特征[4]。高效液相色谱（HPLC）法在啤酒行业中主要用于糖、蛋白质、氨基酸、有机酸、维生素、酒花苦味成分以及原料真菌毒素等方面的分析。电子舌也是检测啤酒风味的重要仪器，它附带许多感受器，能够对啤酒的口味和风味作出快速评估[5]。随着分析检测仪器的发展，加快了对啤酒中风味成分的检测速度。石金飞等[6]2008年采用固相萃取-气相色谱-质谱联用仪（SPME-GC/MS）对啤酒中高级醇和酯类检测条件进行了优化，乙酸乙酯、异戊醇等物质的回收率均在93.12-102.49%之间，该方法可准确检测啤酒中的高级醇和酯类。Saison等[7]采用顶空-固相微萃取（SPME）-气相色谱法测定了啤酒老化过程中的32种挥发物。王憬等[8]采用固相微萃取-气相色谱-质谱法测定了啤酒中与老化味相关的13种醛类化合物。Tian[9]采用顶空分析-气相色谱法对啤酒发酵过程中的双乙酰、丙酮、乙偶姻、乙醛进行了检测。同时采用静态顶空气相色谱（HS-GC）确定啤酒发酵中甲醛检测最佳条件。单体酚类化合物是许多食品中的风味成分，在啤酒中也有少量的酚类化合物，对啤酒的风味也起到一定作用，Sterckx等[10]顶空-固相微萃取（SPME）-气相色谱法测定了啤酒中的单体酚类化合物。苦味也是啤酒风味的重要组成部分，King[11]检测啤酒中苦味成分的变化，发现苦味成分含量随着啤酒自然熟化过程而下降。3啤酒风味的影响因素3.1原辅材料对啤酒风味的影响及选择首先是麦芽的选择，麦芽中含有可氧化的物质如酚类和不饱和脂类以及氧化还原酶类，选用较低蛋白质含量、富含多酚的大麦更适宜酿造良好风味稳定性的优质啤酒。同时，尽可能使用新鲜的麦芽，减少麦芽在贮藏过程中氧化物质的增加。并且可搭配使用一些黑麦芽或焦香麦芽，风味稳定性能得到明显改善。第二是酒花的选择，尽可能选用抗氧化能力强的新鲜酒花；一般来说，香型酒花所啤酒风味物质的研究进展4含的多酚比苦花多，使用一定比例的香型酒花可提高啤酒的抗氧化能力。第三是辅料的选择，选用的辅料必须脂肪含量低，因此选用新鲜的大米、脱脂玉米或糖浆作辅料对啤酒风味是有利的。3.2麦汁制备过程对啤酒风味的影响及控制由于麦汁制备过程维持较高的温度，很容易使麦汁的还原能力变差并形成大量的风味劣化醛类，因此要采取一些措施保持麦汁的还原能力，防止其氧化。有研究者指出，良好的糖化隔氧操作可增加1-2个月的啤酒风味保鲜期。因此，麦芽采用脱氧水湿法粉碎，投料水、洗槽水尽量使用脱氧水。密闭糖化，底部进料，采用新型搅拌，避免液面产生气窝吸氧，减少糖化搅拌的次数。适当选用一些抗氧化剂，如维生素C、植酸等，增加麦汁的还原性。同时，麦芽粉时尽量保持胚的完好，缩短糖化时间特别是蛋白质分解时间不宜过长，这样可有效抑制脂肪氧化酶的作用。3.3发酵过程对啤酒风味的影响及控制糖化麦汁经酵母发酵后除生成酒精和二氧化碳外，还代谢生成一系列副产物，如高级醇、酯类、有机酸、醛类、双乙酰等，它们共同组成啤酒风味。这些副产物的生成与酵母性能密切相关。而影响酵母性能的主要因素包括酵母菌种、酵母接种量、酵母使用代数等，这些影响酵母性能的因素都会对啤酒的风味产生重要影响。酵母菌种对啤酒质量的影响起着至关重要的作用，它的好坏直接影响啤酒的质量。通过分子生物学手段，即基因工程改良菌种。例如啤酒中双乙酰含量直接影响啤酒风味，双乙酰超过口味阈值的啤酒呈现馊饭味、纸板味。如使用缬氨酸缺陷型酵母，可以将双乙酰峰值控制在阈值以内。另外，通过基因重组手段，使啤酒酵母获得α-乙酰乳酸脱羧酶基因，产生α-乙酰乳酸脱羧酶，催化细胞内α-乙酰乳酸进行氧化脱羧转化为乙偶姻，降低双乙酰的含量。啤酒中SO2是提高啤酒风味稳定性的关键物质，同时具有抗氧化功能，王德良等利用同源重组技术，从而获得一株亚硫酸盐还原酶基因突变的工业酿酒酵母，提高了发酵过程中SO2产量。啤酒中的高级醇含量也是影响啤酒风味的一个重要因素，刘敏等认为稳定酵母菌种，优化发酵工艺等措施控制啤酒中高级醇含量，保证啤酒风味与口感的稳定。国内啤酒中乙醛含量一般在3-8mg/L之间，乙醛是啤酒中含量最高的醛类，当啤酒中乙醛含量超过10mg/L时有青草味，王德良等通过分子生啤酒风味物质的研究进展5物学手段，破坏酵母代谢形成乙醛的一个支路途径，从而达到降低酵母代谢产生的乙醛含量。Zhang等通过敲除啤酒酵母中的ECM25/YJL201W基因，发现酵母抗老化能力增强，胞外谷胱甘肽分泌增多，啤酒风味的稳定性提高。不同时代的啤酒酵母所处的生长状态不同，对啤酒的发酵也会有不同的影响。通过研究发现，随着酵母的不断传代，酵母的遗传稳定性会发生相应的化。一般而言，2-3代酵母活性较高，产风味物质的量较为协调。同时Guido等对酵母的生理条件进行了研究，发现啤酒风味的稳定性与酵母的活力是有关的，酵母的活力越强，啤酒风味越稳定。因此，采用适宜的接种温度提高酵母接种量，控制酵母细胞的增殖数量，采用2-3代活性强的酵母。3.4滤酒及灌装过程的防老化控制滤酒时要严格控制脱氧水的质量，Fe2+、Cu2+应控制在痕量，使用低Fe2+含量的硅藻土，滤酒过程中尽量减少打循环的时间。啤酒中的氧气含量，对啤酒的风味稳定性有重要影响，如果氧气混入啤酒中，使啤酒中的成分逐渐被氧化，产生令人不愉快的氧化味，因此要采用抽真空充氮气灌装，严格控制成品啤酒的含氧量。同时使用一些抗氧化剂减少氧的影响。控制合理的啤酒杀菌的PU值，缩短啤酒在高温、杀菌区的时间。3.5贮藏条件对啤酒风味的影响啤酒长时间放在偏高温度环境条件下，酒花中的苦味物质及其单宁成分被氧化，啤酒的风味也就发生劣化，进而使啤酒颜色变红，浑浊现象也会提前发生。研究表明放在20℃贮存的啤酒比放在5℃条件下引起浑浊的时间提前6-9倍。并且，异α-酸在日光作用下生成3-甲基2-丁烯硫醇，形成啤酒日光臭。所以啤酒应放在阴凉处或冷藏室内保存。4展望啤酒的风味是多种风味物质综合作用的结果，风味物质含量过高或者过低都会影响啤酒的风味。风味物质的产生受到原料、发酵过程、滤酒、灌装及其贮藏等过程的控制，因此要合理的控制风味物质的生成量及其量比关系，保持啤酒风味的稳定性。首先，是原料的选择，要选用品质优良的麦芽。第二，酵母的性能对发酵过程中啤酒风味的形成有着重要影响，不同的酵母菌种有着不同的生理特性，其代谢产物的种类及含量均有差异，形成的啤酒风味也不同。通过分子生啤酒风味物质的研究进展6物学手段改变酵母菌种的一些特性，实现菌种的优化，对保持啤酒优良风味至关重要。第三，随着食品风味成分检测方法的快速发展，制定啤酒中风味物质的动态检测过程，实现对风味形成的严格控制，将是今后发展的趋势。参考文献：［1］潘学启.啤酒检测技木与开发及应用［J］.啤酒科技，2004（2）：6-8.［2］丁耐克.食品风味化学［M］.北京：中国轻工业出版社，2006（1）：274-276.［3］张青，王锡昌，刘源.GC-O法在食品风味分析中的应用［J］.食品科学，2013，30（3）：284-287.［4］励建荣，裘纪莹.啤酒酿造中的双乙酰及其酶法控制研究进展［J］.现代食品科技，2014，23（9）：65