（发酵工程专业论文）啤酒风味老化评价及机理的研究.pdf

摘要 摘要 啤酒风味老化是一个非常复杂的过程，影响因素包括原料、生产工艺、啤酒酵 母、储存条件等。涉及老化的物质约有8 0 0 余种，直接引起老化的化合物种类繁多。 啤酒老化是这些物质群协同作用的结果，其中氧化与抗氧化均非常重要。以往对啤酒 风味老化的研究大多停留在比较局部和片面的阶段，未能对老化整体作全面系统的研 究。本研究从啤酒老化中高活性自由基反应出发，结合老化推动作用和抗氧化作用， 对啤酒老化机制进行深入研究，探讨啤酒老化相关物质与老化过程的关系，并建立科 学有效的评价体系。 常见的老化评价指标大多为单一指标，能较准确地评价相同条件下贮存的同品牌 啤酒，但无法评价不同质量、不同品牌的啤酒。作者提出综合老化评价指标( c o m p l e x e v a l u a t i o n1 1 1 d e x ) 的概念，使用数学统计方法，建立了自由基反应综合评价指标( f r e e r a d i c a li n d e x ，f 对) 以及老化物质综合评价指标( c o m p o u l l d si n d e x ，c i ) ；并提出啤酒风味 老化稳定性系数( s t a b i l i 够i n d e x ，s i ) 。s i 系数综合了自由基反应与老化典型化合物两方 面的单一评价指标，是统一老化过程中氧化推动力和抗氧化力的综合指标。 利用f 砌、c i 和s i 系数评价国内成品瓶装淡色啤酒的老化程度。f 系数适用于 评价自然老化时间 9 0 天的啤酒；c i 系数适用于评价自然老化时间 18 0 天的啤酒；而 s i 系数对处于任何老化阶段的啤酒都是较好的评价指标。当s i 2 0 、6 s s i 旦0 以及s i 2 0 ，w i t hm es c o r eo f1 2 ( i n c l u d i n gp o i n to f1 ) i n 5 - p o i ms c a l eo r g a n o l e p t i ct e s t t h o s ew i t h6 墨s i 三，2 0a r ej u d g e dt 0b em o d e r a t e l ya g e d ，s c o r e d 2 4 ( i n c l u d i n g2a j l d4 ) ，a n ds i 6t ob es e r i o u s l ya g e dw i m4 5s c o r e s ( i n c l u d i n gp o i n to f5 ) i ns e n s o r yt a s t e f o rs 锄p l e so fd i f f e r e n tb r a n d sa n dd i f f e r e n tn a t i l r a ls t a l i n ge x t e n t s ，t h ep r e d i c t e dv a l u e so f t h ev e r i f i c a t i o nt e s ta r ef i t t e dw e uw i t ht h ea c t u a ls t a l e - n a v o rt a s t es c o r e s ，w i t ha i la c c e p t a b l e m e a ne 1 1 r o ro fl e s sm a n 士15 s ii sp r o v e dt oh a v eag o o dc o r r e l a t i o no fa g i n ge v a l u a t i o na n d o r g 孤o l e p t i cs c o r ef o rs 觚l p l e si nt h eb e g i l l l l i n ga n dm i d d l eo fa g i n gc o u r s e ，b u td i s p l a y sa r e l a t i v e l yl o wf i t t i n gi ne v a l u a t i n gb e e r so fl a t e ra g i n gs t a g e m e t h o d sa r ee s t a b l i s h e da sa 1 1m e a s u r e m e n to fs t a b l eh e a d - s p a c eg a sc h r o m a t o g r a p h ( h s g c ) f o rh i g h e r a l c o h o l s ，a ne s t e r i f i c a t i o na f t e rm u l t i p l ee x t r a c t i o nc o m b i n e dw i t hg cf o r f f a s ( 行e ef a t _ t ) ，a c i d s ) ，a n dam e t h o do fh e a d s p a c es o l i dp h a l s em i c r oe x t r a c t i o n ( h s s p m e ) d e t e c t e db yg a sc h r o m a t o g r a p hm a s ss p e c t n l m ( g c m s ) f o rc a r b o n y lc o m p o 吼d s a tm ee 盯l ys t a g eo fa g i n gc o u r s e ，m o s tp r e c u r s o r s ( i n c l u d i n gh i g h e ra l c o h o l s ，u n s a t u r a t e d 1 1 1 a b s t r a c t f a t t ) ，a c i da n da - 跚i n oa c i d ) p 抓i c i p a t ei nt h es t a l i n gr e a c t i o nt of o m lo m f l a v o rp r o d u c t s ，a t l a s ta c h j e v i n gar e l a t i v es t a b l ee q u i l i 嘶u m o x y g e nr e a c t si ne a r l ya g i n g ，w r h i c hp r e s e n t si n f - o n 口= lo fd i s s 0 1 v e do x y g e n a n dt h ed i s s o l v e do x y g e nd e c r e a s e sw i t ha g i n gt i m e ，、v h o s e c h a l l g e si na m o u md i f f e r 州t ht h eb r a n d so fb e e r t h es p e c t r ao fe l e c t m ns p i nr e s o n a n c e ( e s r ) i si n v e s t i g a t e db ys p i n - t r 印p e dt e c t l l l i q u e u s i n gn - t e r t - b u 够l - 0 【- p h e n y l n i t r o n e ( p b n ) t h em 句o rr a d i c a l si nb o t t l e db e e ri sp r o v e dt ob e h y d r o x y lr a d i c a l sb yf a c t o rg t h ec h a n g e so fr a d i c a l sp r o d u c i n gc u i - v er e n e c ts o m ep r o p e r t i e s o fb e e ra g i n g h i g h e ra l c o h o l s ( h a ) a n du n s a t u r a t e df a t t ya c i d s ( u f a ) 扛a n s f e ri n t oc 孤七o n y l c o m p o 叽d sb yf i r e er a m c a l s ，o nt h ea s s 啪p t i o nt h a tt h er a d i c a l sa r ep a s s e dd o w ni nm ec h a i n - r e a c t i o n so fr e d o x t h e r ea r ep o s s i b i l i t i e s 廿1 a th aa 1 1 du f ap l a yi m p o r t a n tr o l ei nt h e a c c e l e r a t i o no ra c t i v a t i o no fr a d i c a lr e a c t i o n s a n dd i s s o l v e do x y g e nh a u sas ig n i f i c a m c o r r e l a t i o nw i t ht h ea n t i o x i d a mi n d e xo f l a gt i m e ， p a r 锄e t e r sa n di n d i c e so fa g i n g i m p u l s e f o r c ea n da n t i o x i d a t i o na r ea i l a l y z e d b y m u l t i v a r i a t em e t h o d s ，t os e tu pam o d e lo fa g i n gi nb o 砌e db e e r al i n e a rr e g r e s s j o ni st h e n c a r r i e do u t ，w i t ht b a v a l u e ( t b a ) ，d p p hs c a v e n g i n g 锄o u n t ( d p p h ) a i l dh i g h e ra l c o h o l s ( h a ) a si n d e p e n d e n tv a r i a b l e sa n ds e n s o 巧t e s ts c o r ea sd e p e n d e mv 耐a b l e n ec o e 箍c i e n t s o fv a r i a b l e si nt h em o d e la r es t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a m ，a n dt l l em u l t i c o l l i n e a r i t yi sp r o v e dt ob e w e a k t h ea 由u s t e dr _ o ff i n a jm o d e li s o 。617 a n dt h eo b s e r v e dv a l u ea n dt h es t a n d a r d p r d i c t o r sa r ef i t t e dw e h ，d i s p l a y i n gag o o dr e g r e s s i o nm o d e l an e w p a r 锄e t e ri ss e tu pb a s e do nt h ep r o d u c i n gc u r v eo fe s ri nb o n l e db e e r m a r k e da s t h ep r o d u c i n gv e l o c i t yo fr a d i c a l s ( k r ) i ti sd e f i n e da sm e p r o d u c e dv e l o c i 毋o fr a d i c a l sa f t e r l a gt i m e ，r e l a t e dt 0t h ec h a r a c t e r i s t i co fb e e ra 百n g ，a n dm a i n l yr e p r e s e n t st h en o n e m 拶m a t i c o x i d a t i o n hi ss h o w nt h a th i g h e ra l c o h o l sa n dc a r b o n y lc o m p o u n d sa r er e p r e s e n t e d2 l sa g i n g i m p e l l i n gf o r c e ，a 1 1 dl a gt i m ei sr e l a t e dt oe n d o a 1 1 t i o x i d a t i o n he a r l ya 西n r e a c t i v eo x y g e n s p e c i e s ( r o s ) r e a c tw i t hu f ab yt r a n s f e 玎i n ge l e c t r o no fr a d i c a l si nt h ef o mo fn o n e r k 万m a t i co x i d a t i o n ，t op r o d u c ec a r b o n y lc o m p o u n d s t h i sm e c h a n i s mi sm a i n l yp r e s e n t e d b yp a r 锄e t e ro fk r o nt h eo t h e rh a n d ，r o ss i m u l t a n e o u s l yp a s sd o w nt h ea c t i v er a d i c a l sb y h i g h e ra l c o h o l st of o r ma 1 1 0 t 1 1 e re l e c t r o n t r a n s f e r r i n gc h a i n ，a sa n o 吐l e rm e c h a l l i s m 7 r h ec h a i n r e a c t i o n sr u nt h r o u g h o u tt h ev m o l ea g i n gc o u r s e t h e ya r ei n n u e n c e db ye n d o a n t i o x i d a t i o n p a r 锄e t e r ，i e ，l a gt i m e a nm e s t i g a t i o ni sp e 响m e dt oa g i n gc o m p o u i l d sa i l di n d i c e si ns t a g e so f b r e w i n gc o u r s e ni s p r o v e dt h a ty e a s th a dg r e a ti n f l u e n c eo nc h e m i c a l sr e l a t e dt oa g i n g 7 1 1 1 ea g i n g c o m p o u n d sa r ei n t e g r a t e da saw h o l ew i t hc o m p o n e m si n t e r r e a c t i n gw i t l le a c ho t h e r a n da 锄i n oa c i di s t 1 1 ec e n t r i cs u b s 伽c ei n a g i n g ，h a v i n gac l o s er e l a t i o n s h i pw i t ho t h e ra g i n g c o m p o u n d si nb r e w i n g i nt h em a s h i n g & b o i l i n gs t a g e ，a nu 1 1 1 ( 1 1 0 、) 忸k i n do fr a d i c a l sx i sf o u n di ne s r s p e c t r a b e s i d e sh y d r o x y lr a d i c a l s a n di ti s s u p p o s e dt ob es u p e r o x i d ea i l i o nr a d i c a l0 2 o r p e r h y d r o x y lr a d i c a lh o o ，a i l a l y z e db ys p e c t r ao fa d d e de s rs i g n a la u l dt h ev a l u eo ff a c t o rg t h ei n n u e n c eo fc h e m i c a j sa n di n d e x e so fa g i n gi sm a i l l l ye x p l a i n e db ys ii nm a s h i n g & b o i l i n gs t a g e ，w m l em a i n l ye x p l a j n e db yc a r b o n y lc o m p o u n d si nf e n n e n t a t i o n & 丘l t r a t i o n a b s t r a c t t h e na1 i n e a rr e g r e s s i o ni sp e r f o r m e d ，w i t hs ia tb e g i n n i n go fm a s h j n g ( s i1 ) a n dc a 小o n y l c o m p o u n d sa tm i d d l eo ff e n n e n t a t i o n ( c c 6 ) a l si n d e p e n d e n tv a r i a b i e s ，a l l ds ia tt h ee n do f b r e w i n ga sd e p e n d e n tv a r i a b l e t h em o d e lo fa g i n gi nb r e w i n gi s t 1 1 e r e f o r es e tu p ，w i t h s t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c 锄tc o e e i c i e n t s ，n o r m a lr e s i d u a l sa n dg e n e r a l l yw e a km u h i c o l l i n e 撕够 t h ea d i u s t e dr 2o ff i n a lm o d e l i s0 6 6 0 a n dt h em e a i le r r o ro fo b s e r v e dd a t aa n dp r e d i c t o r si s l i m i t e dw i t l l i n 15 ，p r o v e db yv e r i f i c a t i o no ft h em o d e l t h em o d e l6 t t i n gi sp r o v e dt ob e s a t i s 匆i n g k e yw o r d s ：b e e r ，a g i n gm e c h a i l i s m ，r a d i c a l s ，s t a l i n gc o m p o u i l d s ，e v a l u a t i o n 1 1 1 d e x ， m u h i v 撕a t ea n a l y s i s ，m o d e l l i n g v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：日 期： 如o8 6 ) 3 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名： 刻芬 趸兹 日期：妒8 6 工3 第一章绪论 1 1 我国啤酒工业的发展现状 第一章绪论 由于近年我国啤酒工业的迅猛发展，中国已经成为世界啤酒生产和消费大国。从 1 9 8 7 年到1 9 9 4 年，国内啤酒年均增幅一直稳定在2 0 以上。1 9 9 3 年我国啤酒产量超 过德国位居世界第二，标志我国进入世界啤酒大国的行列。到2 0 0 2 年，我国啤酒产量 首度超过美国，跃居世界第一位。自2 0 0 4 年以来，中国啤酒产量年增长率均在1o 以 上。2 0 0 5 年全国啤酒总产量首次突破3 0 0 0 万千升。2 0 0 6 年总产量为3 5 1 5 1 5 万千升， 占全世界啤酒总产量的2 0 6 ，连续5 年居世界首位。2 0 0 5 年底，中国年人均消费啤 酒量已达2 4 4 升，接近世界平均水平的2 6 升。 表1 1 近几年全世界及中国啤酒产量发展状况 t a b l el - 1d e v e l o p m e n to f b e e rp r o d u c t i o ni nt h ew o r l da n di nc h i n ai nr e c e n ty e a r s 随着啤酒产量和需求量的逐年增加，啤酒行业在国民经济中的地位越加重要，经 济贡献率也不断提高。2 0 0 5 年，全国啤酒总产值仅次于大米、水产、蔬菜，在全国2 8 个食品行业中排行第四。由于啤酒行业快速发展，除大麦、大米等主要原辅料以外， 许多相关行业也被同时带动发展，如啤酒花、啤酒瓶及盖、商标以及相应制造行业 等，为我国经济发展建设作出不可忽略的贡献。 目前我国啤酒工业正处于高速成长期和成熟期的临界点。中国啤酒工业发展趋势 已向大型化、集团化、合资化方向逐步迈进。国内啤酒企业数量不断下降，规模继续 增大、生产能力及年产量持续增长，这是国内啤酒产业之间相互竞争到一定阶段的结 果。随着我国经济的进一步开放，国外啤酒厂商相继进入中国这一潜力巨大的市场， 以及中外啤酒企业之间越来越密切的相互合作，啤酒行业的竞争更加趋向国际化。 但是，与啤酒生产大国的地位以及啤酒行业不断发展的运行规模及日趋成熟的经 营模式相比，我国啤酒的质量与国际知名啤酒品牌相比并无优势。尤其是我国啤酒的 风味稳定性，与世界优质啤酒相比，存在较大差距。世界优秀啤酒风味保鲜期一般在 3 4 个月，而我国啤酒风味保鲜期只有1 个月左右，有的还不到1 个月。这造成国产啤 酒质量整体不高的现状，比如国产啤酒中具有良好稳定性的品牌较少，大多为地域性 品牌，在某个地区或某些地区占有率较高等等。 另外，我国出口啤酒多集中在与中国相邻的国家及地区，且出口量十分有限。近 年平均年出口量只在1 5 万千升上下浮动，出口量仅占啤酒总产量的0 5 ，出口增长缓 江南大学博二l 学位论文 慢。究其原因，主要归结于国产啤酒风味稳定性相对较差，这与我国啤酒大国的形象 严重不符1 1 。 对中国啤酒产业现状与发展趋势的分析显示，在品牌竞争日益激烈的今天，技术 竞争将是未来啤酒企业竞争的一个焦点，啤酒质量成为行业竞争的核心部分。对啤酒 风味稳定性的深入探索、以及如何延长啤酒风味保鲜期等方面进行科技创新成为啤酒 工业关心和研究的重点。 1 2 啤酒风味老化研究进展 啤酒是一种低酒精度的大众化饮料酒，其风味是啤酒最重要的特性及质量指标。啤 酒在贮存时发生各种物理、化学以及生化反应，从而导致质量恶化。因此，啤酒和其 它食品一样具有保质期和保鲜期。啤酒的保质期基本上由啤酒中的微生物、胶体物质 泡沫、颜色、以及风味稳定性所决定。过去的研究多集中在问题较严重的啤酒混浊和 污染微生物方面。然而，随着啤酒酿造科学和技术研究领域的进步，这类问题基本上 已经得到有效的控制，体现啤酒风味新鲜感的保鲜期问题则渐渐凸现。一般来说，现 代工艺水平生产的啤酒，其非生物、生物稳定性可以保持6 1 2 个月甚至更久，但风味 稳定性远远达不到如此水平。国产啤酒一般在1 个月左右就能品尝出老化味的出现， 国外优质啤酒最多只能保持3 4 个月。有些工厂生产的啤酒在7 1 0 天就有明显的老化 感。当今啤酒工业和科研部门均大力致力于老化风味代表物质的检出、老化机制的研 究以及抗老化技术的研究及其应用。 啤酒包装后，随着贮存时间的增加，啤酒开始丧失原有的香气和口味，风味出现恶 化；随着时间的延长，风味恶化程度明显加剧。初期研究认为这是由于啤酒中风味物 质不断氧化引起，因此，把啤酒风味上的这种恶化称为啤酒“老化”或“氧化”【2 j 。 国外对啤酒老化的研究从上世纪六十年代就已经开始，已确定了对啤酒风味及风味 稳定性有影响的主要物质群，但啤酒老化的机理依然没有分析清楚，啤酒老化问题仍 难以控制。国内对啤酒风味稳定性的研究直至近十几年才得到重视和突破【3 】。由于啤酒 老化反应的复杂性，本文分别从感官评价、老化相关物质群以及老化的评价等几方面 对啤酒老化反应进行讨论。 1 2 1 啤酒老化过程中的感官变化 至今为止，国内外学术界没有一篇公认的关于啤酒贮存过程中真实感官变化的文 献。d a l g l i e s h 【4 】介绍了啤酒老化变化的大多数细节，将感官变化趋势总结如图1 1 。随 着啤酒贮存时间的增加，苦味值持续降低，可能与甜味增加的感官错觉有关。与开始 阶段甜味的快速升高相比，焦糖的发酵味、烤焦的糖味都类似于太妃糖的香味( 有研 究认为类似皮革味) ，也随着甜味有所增加。此外，啤酒老化前期会快速合成一种类 似醋栗的风味物质，强度随后减弱。d a l 9 1 i e s h 【4 】认为纸板味的增长随醋栗味的减少有所 减少。另一方面，m e i l g a r d 【5 】发现，纸板味一直增加至最大值后降低。其它有关啤酒老 2 第一章绪论 化风味变化的报道还涉及涩口的后苦味和葡萄酒及威士忌味道。老化后，啤酒良好的 风味特性如香、酯香和花香等，都趋于减少。整体上看，啤酒香气的减少可能会使老 化味更加突出。 强 度 时l 司 图1 - 1 啤酒老化过程中的感官变化 f i g 1 1s e n s o 叮c h a n g e sd u r i n gb e e ra g i n ga c c o r d i n gt od a l g l i e s h 【3 】 啤酒的老化通常伴有纸板味的增加。对于后贮藏啤酒来说，纸板味是啤酒发生老 化的主要表现。但老化味随啤酒品牌而异。特种啤酒其它老化味通常更明显。w h i e a r 【6 】 认为传统a l e 啤酒的老化风味具有燃烧、酒精、焦糖、甘糖和苦涩的味道，并未发现 纸板味和金属味。此外，黑啤酒起初强烈的燃烧风味可能会掩盖老化味增长，使这类 啤酒具有更好的风味稳定性。也有许多其它因素可能造成这种现象的发生。 啤酒与氧气接触会加速啤酒老化，且风味变化类型由瓶中气态氧和溶解氧含量决 定。例如醋栗味与瓶内氧气量具有密切联系。不存在多余空气时，这种特殊气味也随 之消失【7 1 。此外研究发现，啤酒陈腐味在氧气含量很低时依然存在羽。啤酒老化过程已 被证明是部分非氧化反应。 图1 1 是啤酒贮藏时感官变化的简化表示。风味变化的本质过程很复杂，并且多 依赖于啤酒的类型、氧气的浓度和贮藏的温度等因素。 事实上消费者并不一定不喜欢老化啤酒的风味。对消费者的测试结果【9 】显示，啤 酒老化风味并不经常被认为是难以接受的味道。消费者对啤酒鉴赏最重要的是，希望 能根据某种他们经常饮用的啤酒特有风味辨别出啤酒品牌。他们希望特定品牌啤酒的 风味应该保持不变。然而，期望的固定风味大多只在新鲜啤酒中。啤酒老化之后，这 种味道可能随之改变，期待的风味也就消失。这也说明该啤酒的风味稳定性较差。 1 2 2 啤酒老化相关物质群的研究 1 2 2 1 啤酒风味老化化合物 麦汁经啤酒酵母发酵生成啤酒，其风味主要由酵母在麦汁中代谢产生的总体代谢 产物决定l l 。啤酒风味老化是合成反应和分解反应共同作用的结果。合成反应导致物 质超出风味极限值，或分解反应导致的物质低于其极限值都可能会致使鲜啤酒最初风 江南人学博i ：学位论文 味的消失。国外研究者已确证，啤酒香气和风味主要受发酵副产物中挥发性物质以及 少量不挥发化合物的影响【11 1 。其中，各种香气挥发组分的相互作用可能会提高或者抑 制对风味有贡献分子的影响【l 引。 对啤酒风味中挥发性化合物的分析早在上世纪六十年代就已开始。当时研究者引 入气相色谱法研究啤酒贮藏过程挥发物质的变化。六十年代后期，报道了与啤酒老化 相关的化合物形成过程l l3 。1 6 j 。表1 2 是被认为在啤酒老化过程中浓度发生变化的一些挥 发性物质的分类。 表1 2 - 1 已知有关啤酒老化的挥发性及不挥发性物质( 1 ) t a b l e1 - 2 - 1t h ec u n e n t l yl ( n o w nv o l a t i l ea n dn o n v o l a t i l ec o m p o u n d sf o m e dd u r i n gb e e ra g i n g ( 1 ) 4 第一章绪论 表1 2 2 已知有关啤酒老化的挥发性及不挥发性物质( 2 ) t a b l e1 2 2t h ec u n n t l yl ( n o 、硼v 0 1 a t i l ea n dn o n - v o l a t i l ec o m p o u n d sf o 瑚e dd u r i n gb e e ra g i n g ( 2 ) 近年来，一些新技术如香气提取物稀释分析( 时o m ae x t r a c t i o nd i l u t i o n 趾a l y s i s ， a e d a ) ，已经发展为评价可检测挥发性物质对食品风味的贡献是否可靠的标准【l7 | 。运 用这些新技术，鉴定了一些啤酒老化物质【1 8 。2 0 】。其中啤酒风味提取物被梯度稀释，每 个稀释梯度被气相色谱一嗅觉测量法( g a sc h r o m a t o g r 印h y o l f a c t o m e t 巧，g c o ) 来分析某 些小剂量物质【2 。风味梯度稀释法可以判断某种挥发性物质是否为啤酒中可感知的风 味物质。但它们只能初步检测老化物质，并不能得到风味物质的最终合适含量。 ( 1 ) 羰基化合物 研究最初，羰基化合物就引起研究者广泛关注。它们被认为导致包括啤酒在内的 多种食品( 比如牛奶、黄油、蔬菜和食用油等) 风味的变化。h a s h i m o t o l 2 2 j 首次报道了贮 藏啤酒中挥发性羰基化合物随啤酒老化风味的增加而增加。乙醛是第一个在老化啤酒 中发现的羰基化合物。同时对烯醛也进行深入研究【2 3 ，2 4 1 ，结果证明烯醛对老化风味 有显著影响。此时，p a l 锄a n d 等【2 5 】首次发现将反2 壬烯醛添加到啤酒中，产生与老化 啤酒相似的纸板味道。j 锄i e s o n 等【2 6 】也在强制老化啤酒中发现存在反2 壬烯醛。由于 江南大学博士学位论文 它能带给啤酒纸板味，所以对它的研究被认为是风味研究的突破口。接着，其它研究 也相继证明它对啤酒老化的影响1 2 7 娜j ，但是仅针对加热和加酸条件下强制老化啤酒。 人们质疑在真正的老化条件下情况是否相同。 由于啤酒中挥发物质种类繁多，经常会掩盖羰基化合物使其难以被检测。用气相 色谱直接分析未经处理啤酒样品并不实用。w a n g 和s i e b e r t 等【2 9 】首先建立了在温和条 件( 3 8 ，6 天) 下检测反2 壬烯醛浓度增长的方法。首先用二氯甲烷萃取，接着在酒精 存在下用2 ，4 二硝基苯肼( d n p h ) 将反2 壬烯醛衍生化。经过处理的啤酒提取物用柱层 析和薄板层析分离得到不同的浓度梯度，通过高效液相色谱法鉴定。研究发现在啤酒 老化过程中，反2 壬烯醛浓度从初始0 1 g l 逐渐上升。采用相似的分析方法研究啤酒 中其它的醛类化合物【3 4 1 。尽管采用不同的分离技术，但都使用衍生化法，确认反2 壬烯醛和其它线性c 4 c 1 0 烯醛在贮藏啤酒中存在与增长。由于反2 壬烯醛和其它羰基 化合物对啤酒老化的重要性，研究者尝试用各种技术测定其含量，改良衍生化试剂， 如o ( 2 ，3 ，4 ，5 ，6 五氟苯甲基) 羟胺( p f b o a ) 【3 5 - 3 7 】或羟胺的氢氧化物【3 引，进行液液萃取消除 其他物质干扰后，再由气质联用和气相色谱电子捕获检测器联用的方法进行分析。以 上方法目前只能应用于实验室并非常耗时。其它新技术还有固相微萃取【3 9 】或搅拌棒分 级萃取【4 们。最近h o r a k 【4 1 】等运用搅拌棒吸附萃取结合溶剂后萃取技术，用g c f i d 检测 出很多低阈值风味物质。另一种方法是先采用真空蒸馏提取羰基化合物，后采用气质 联用【4 2 1 或先用蒸馏固相萃取后采用等度洗脱高效液相色谱【4 3 j 检测。近年还有使用质谱 作为电子嗅探器检测啤酒挥发成分的报道j 。 自j 锄i e s o n 和v 2 u 1g h e l u w e 【2 6 j 后，反2 壬烯醛被普遍认为是啤酒老化相关物质， 认为降低反2 壬烯醛含量可以解决啤酒老化。然而，研究发现在啤酒贮藏中反一2 壬烯 醛增长并非普遍现象。v a ne e r d e 和s t r a t i n g 研究发现【4 5 j ，某些啤酒4 0 贮藏，反2 壬 烯醛几天内便增加，但2 0 时并未出现同样情况，甚至经过四个月贮藏后都没有出 现。n a r z i s s 等人实验也得到相似结果【4 6 1 。近期一些报道认为阻4 0 ，4 7 ，4 8 1 ，反2 壬烯醛在 啤酒老化过程中没有明显增加。但也有一些研究者仍然坚持认为反一2 壬烯醛会在老化 中合成【4 2 4 3 ，4 9 1 ，并在瓶装啤酒具有一定氧气含量的条件下生成h 5 ，5 0 ，5 1 1 。 虽然有矛盾报道，仍有证据证明羰基化合物在很大程度上影响老化啤酒的风味 【5 2 】。其它线性醛分子也具有与反2 壬烯醛相似的味道【5 3 】。研究发现，包括c 4 c l o 的烷 醛、烯醛和二烯醛等物质在老化啤酒中都有少量存在【5 4 。 啤酒贮藏过程中合成的醛统称为s t r e c k e r 醛，包括2 一甲基丙醛【4 0 ，5 5 56 、2 甲基丁醛 【4 0 ，5 3 ，5 7 1 、3 甲基丁醛【4 0 ，5 3 ，5 5 1 、苯甲醛【5 3 ，5 5 1 、苯乙醛【4 0 ，5 3 1 和巯基乙醛【2 1 ，4 0 1 ，随氧气含量增 加而增加【2 1 ，4 5 ，58 1 。老化啤酒中a e d a 实验证明巯基乙型2 1 ，2 3 1 ( 类似烹调过马铃薯味道) 和 苯乙醛【2 3 1 ( 类似甜蜂蜜味道) 都与老化啤酒感官风味特性有关。其它s t r e c k e r 醛似乎与老 化风味形成没有重要联系，但通常被看做是啤酒氧化的标志【59 6 0 j 。 对于酮类物质来说，a e d a 实验揭示了类胡萝卜素来源于p 大马酮( 植物大黄、红 色果实、草莓中存在) 。b 大马酮对老化啤酒的风味具有影响【2 1 ，6 1 1 。其它在啤酒老化过 6 第一章绪论 程中增加的酮类物质有3 甲基丁2 酮、4 甲基戊2 酮和邻二酮双乙酰以及2 ，3 一戊二 酮6 1 ，6 2 1 。尤其出现在氧气含量高时，其中双乙酰甚至可能超过风味极限值【5 3 】。 ( 2 ) 环状缩醛 当啤酒与氧气接触时，环状缩醛物质，2 ，4 ，5 一三甲基1 ，3 二氧戊烷、2 异丙基4 ，5 二甲基一1 ，3 一二氧戊烷和2 正丁基一4 ，5 二甲基。l ，3 二氧戊烷等含量都有所增加【6 3 】。2 ，4 ，5 三甲基1 ，3 二氧戊烷阈值是9 0 0 肛g l ，在啤酒中的最大含量大约是l o o “g l 【6 4 1 。 ( 3 ) 杂环化合物 一些具有羰基基团的杂环化合物在啤酒老化过程中浓度变化显著。老化过程生成 的呋喃类化合物有6 2 ，6 5 ，6 6 】：糠醛、5 一羟甲基糠醛( 5 h m f ) 、5 甲基糠醛、2 乙基呋喃、2 乙基- 5 - 甲基呋喃、2 丙基呋喃、呋喃和糠基乙醇。尽管大多难以达到各自的风味阂 值，但仍被看成啤酒风味衰退的标志【m 9 1 。糠醛和h m f 含量会随时间变化呈线性增 加，在一定贮藏温度下呈对数变化【65 。该反应并不受氧气影响。糠醛和h m f 含量的增 加与老化风味感官评定有密切联系。因此这些化合物被看作由高温导致的啤酒风味老 化标志。最近，有报道证明糠基乙醚也具有老化指示功能【7 0 1 ，在贮藏时可能会增加至 高于其阈值( 6 p l ) ，并且具有类似溶剂的陈腐味道【7 1 】。 l u s t i g 等【6 2 j 发现，啤酒老化过程中的呋哺酮有：二氢5 ，5 二甲基2 ( 3 h ) 呋喃酮、 5 ，5 二甲基- 2 ( 5 h ) 呋喃酮和5 甲基2 ( 5 h ) 呋哺酮。呋哺酮大多具有燃烧味，没有典型数 据证明它们在啤酒老化中的重要性。 吡嗪类分子来自其它杂环化合物，影响贮藏过程化学变化。q u r e s i 等【7 2 】发现某些 吡嗪类物质含量降低速度非常快，有些甚至完全消失。其余吡嗪类物质稍有增加。 ( 4 ) 酯类物质 挥发性酯使啤酒具有水果香气，被认为是新鲜啤酒的正面风味特征。然而，在啤 酒贮藏过程中，酯类含量降低至其极限值【7 3 ，7 4 1 ，导致啤酒中水果味消失。与之相反， 某些挥发性酯在啤酒老化中逐渐合成【2 l ，5 4 ，5 5 ，6 2 ，7 5 1 。内酯或环状酯如y 一六内酯和y 一九内 酯( 桃子果味) ，在啤酒老化中含量增加【7 6 1 ，后者被认为与老化味有关2 1 1 。 s h i m i z u 等人研究发现【丁7 】丙酮酸乙酯与啤酒风味稳定性存在较好相关性。某些酯 类也可以作为风味老化的指标性物质。 ( 5 ) 含硫化合物 硫化物大部分在啤酒中具有很低风味阈值，其浓度细微变化可能引起风味显著改 变。二甲基硫( 鲜洋葱味) 可能会增加并超过其0 1 p l 的风味阈值7 8 1 。 ( 6 ) 不挥发性化合物 不挥发化合物对啤酒口感非常重要，其含量变化可能会引起啤酒口感巨大变化。 异0 【一酸是啤酒中重要的苦味物质，对贮藏啤酒的老化非常敏感。老化会导致啤酒 中苦味值下降【5 0 ，7 9 ，8 0 1 。异仅酸包括六个主要成分：合薇草酮、异律草酮、加蓰草酮的 顺式异构体以及各自反式异构体。由于反式异构体对啤酒老化比顺式异构体具有更高 敏感性，因此顺反式异构体的比率被认为是衡量啤酒老化的一个显著标志【8 l 】。 7 江南大学博十学位论文 除异0 【酸外，多酚是啤酒中最易受氧化的物质之一1 8 2 】。有研究比较黄烷醇( + ) 一儿 茶酚、( + ) 表儿茶酚前翠雀素b 3 和前花色苷b 3 在3 7 贮藏时浓度的降低【8 3 】。开始贮 藏4 5 周内浓度减少的速度最快，接下来减少速率有所下降。黄烷醇二聚体消失速度比 单体快得多。相反，在后贮藏大约5 周内，单宁含量上升【8 4 】。 氨基酸含量的改变对啤酒老化的影响很少见报道。一般说来，啤酒中一些单体氨 基酸略有降低【85 | 。谷氨酸盐已被确认是啤酒老化的标志之一【8 6 】。 可见，详细研究老化啤酒化学成分，是揭示啤酒老化复杂化学变化的基础。研究 早期提出反2 一壬烯醛对口感变化的重要性，但目前己证明有其它化合物与口感改变有 关。老化口感的形成由合成和降解反应共同造成。利用a e d a 方法，已经发现多种与 啤酒老化有关的化合物。采用峰值实验和口感评定研究它们对啤酒口味造成的影响。 1 2 2 2 啤酒中的氧自由基 稳定化合物的电子一般成对存在。自由基( r a d i c a l ) 指含有未成对电子的原子、原 于团或分子。自由基以辐射分解、热分解、单电子氧化还原三种形式产生。通常情况 下自由基表现出极活泼的化学性质，存留时间非常短，制备和分离极为困难，即使采 用特殊方法，也很难进行直接检测。也有少数几种自由基由于自身化学结构的特殊隐 蔽性相当稳定，如二苯苦基肼基( 2 ，2 一d i p h e n y l 一1 一p i c r y l h y d r a z y l ，d p p h ) 、2 ，2 ，6 ，6 四甲基哌 啶一1 一氧自由基( 2 ，2 ，6 ，6 一t e t r 锄e m y l 一1 一p i p e r i d i n y l o x y ，t e m p 0 ) 等。 ( 1 ) 啤酒中的氧自由基 v a ng h e l u w e 等瞵7 j 在不同空气含量的啤酒