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1、啤酒风味物质代谢与控制顾国贤 李崎 郑飞云江南大学1. 总论1.1 风味物质种类啤酒中风味物质来自原料麦芽和酒花，来自于麦汁制造过程中一系列酶促反应和热反应产物，来自于啤酒酵母对麦汁组成份代谢及其产物；同时这三个来源也互为因果，更重要的是酵母的代谢产物影响啤酒更为深刻。全球啤酒各有特色，主要原因在于各厂使用酵母和各厂酿造特色不同，从而引起啤酒特色差异。从化学成分分析来看：(A) 醇类乙醇与高级醇。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，饮用后引起头胀头痛、恶醉不醒。啤酒中的高级醇有十余种，主要是在发酵过程由酵母代谢产生。(B) 酯类酯类能赋予啤酒芳香、厚实的
2、口感。下面啤酒的主体香气物质由酒花带入，若酯香太重会掩盖酒花香而成异香，应控制适量。酯类物质在啤酒中约有30余种，但重要的仅几种。(C) 羰基类化合物因为它易挥发，刺激感强，阈值低，因此酿造过程中控制其含量常常成为啤酒酿造的重点任务。羰基化合物在啤酒中约有80余种。(D) 含氮化合物主要来自原料麦芽中的蛋白质和经过酶解后形成的肽及氨基酸。多肽是赋予啤酒浓醇性的主要物质，浓醇啤酒和淡爽啤酒的区分也在于啤酒中多肽化合物的多少。高分子多肽会引起啤酒浑浊，控制其含量也是酿造师必须关心的命题。中分子疏水性多肽是啤酒泡沫的核心物质，氨基酸是酵母必需的营养物质。通过调节氨基酸的种类和数量可以调节啤酒代谢产物
3、的生成量，这点也已经受到现代酿造者的重视。(E) 多酚类化合物主要来自于麦芽和酒花。由于它是啤酒浑浊的主体物质之一，过去酿造者关心如何减少其含量来增加啤酒的稳定性。现代研究发现由于它具有还原性，能去除氧自由基，因而对啤酒抗老化、对饮用者健康如降低心血管疾病等具有积极作用。多酚还因促进啤酒浓醇性和啤酒泡沫而受重视。(F) 含硫化合物来自于原料、水质及生产助剂。含硫化合物和羰基化合物易挥发，有不良臭味。酿造者关心如何降低和减少其对啤酒风味的影响。(G) -酸酒花中-酸在工艺过程中转化成异-酸，是啤酒爽口苦味的主体物质。近年来人们倾向啤酒苦味小，因此酒花用量大幅度减少，同时酒花具有的利尿作用及酿造中
4、抗污染等功能逐渐被削弱。异-酸在日光作用下易生成3-甲基2-丁烯硫醇，形成啤酒日光臭。将-酸加工还原成二氢、四氢、六氢异-酸，由于它们的难溶性，如何充分扩散到啤酒中，形成均匀、协调、愉快的苦味，也成为工艺难点。-酸各种同分异构体的苦味和稳定性不同，这也是现代研究者重点研究的命题之一。(H) 丙三醇（甘油）、乙二醇是酒精发酵中最大的副产物。甘油、乙二醇等多元醇类化合物能赋予啤酒甜味和浓醇的口感。如何控制啤酒中甘油100：乙醇的比例（称甘油因子）是控制啤酒醇厚性和甜苦平衡的重要指标。在德国式醇厚啤酒中，甘油因子一般需控制1.5左右，而我国低度淡爽啤酒中，甘油因子应控制得更低，如1，该化合物质能明显
5、品尝出其风味，数值越高表示越强烈。Fu=0.51，该化合物质能感受其风味，但不能明显感受到该物质的风味。Fu0.5，该化合物质对风味影响甚小，只能感受到综合风味。表1所列为啤酒中常见风味物质的含量及其控制水平。表1 啤酒中常见风味物质控制水平项目含量（mg/L）阈值（mg/L）控制水平（mg/L）风味影响双乙酰0.03-0.040.10.05馊饭味，白脱味乙醛3-17154青草味 水果味H2S0.2-452臭鸡蛋味，酵母臭乙偶姻2-255015潮湿霉味乙酸乙酯8-473015-25水果香甜味乙酸异戊酯0.6-621.5溶剂味，香蕉香味己酸乙酯0.1-0.40.20.2茴香味，苹果香乙酸b苯乙酯
6、0.2-5.05.03.0玫瑰花香，麝香异戊醇20-905020-25杂醇臭，苦味b苯乙醇15-805015-30玫瑰花香葎草烯酮34-72100100酒花香葎草烯醇250-1000500500酒花香二甲硫25-1005030包菜味3甲基2丁烯1硫醇0-300.20.1鼬鼠臭，日光臭反-2-壬烯醛0.03-3.60.10.1纸板味，氧化味对啤酒而言，我们希望啤酒中风味物质的Fu值均能小于1，只有酒花香味物质的Fu值能大于1，即可以明显感受到酒花香。大多数香味物质Fu0.5，也允许某些香味物质在Fu=0.5-1。例：双乙酰（2,3-丁二酮）阈值为0.1 mg/L，而我们希望控制其Fu0.5，即必
7、须控制在0.05 mg/L以下。异戊醇阈值为50 mg/L，它在啤酒中的含量应控制在35 mg/L左右，Fu=0.5-1，这样才能使啤酒没有明显的杂醇臭。2. 高级醇2.1代谢途径1907年由Ehrlish发现及阐明路线酵母代谢利用氨基酸中NH3，经过转氨、脱羧、脱氢还原成比氨基酸少一个碳的杂醇。1953年Harris路线：后来人发现，在低氮培养基上，杂醇反而增加，哈里斯发现它主要来自糖代谢中的酮酸代谢。酒中杂醇的主体是异戊醇、活性戊醇、异丁醇，它们的75%来自糖代谢，25%来自氨基酸脱羧还原，但若在低氨基酸培养基中，则更多来自于糖代谢。啤酒中酪醇（异苦、异臭）来自酪氨酸脱羧还原；啤酒中色醇（
8、异苦）来自色氨酸；啤酒中的b-苯乙醇来自苯丙氨酸。西方啤酒中b-苯乙醇含量较低（15mg/L），若发酵温度偏高，其含量也会增加，因此常作为发酵温度指示剂。我国啤酒中使用大米辅料较多，b-苯乙醇会高达30-40 mg/L。b-苯乙醇在4050 mg/L会有明显异香、不舒服感。因此，酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸含量不能太高，否则酪醇、色醇、b-苯乙醇也会高，影响啤酒风味。2.2 啤酒中高级醇的控制高级醇大多和酒精发酵同步形成，同一浓度的啤酒若增加发酵度（如干啤），高级醇含量也会相应增加。酒精和高级醇的正常比例是500：1。如啤酒中乙醇含量是40 g/L，则高级醇的最高值应是0.08 g/L，其它酒类也
9、类似。若高级醇含量超过该比例，酒类会有明显的杂醇臭味。根据酵母代谢和杂醇生成，1969年将麦汁中氨基酸分组如表2。表2 麦汁和啤酒中氨基酸分组及含量(mg/L)第一组麦汁中含量啤酒中含量第二组麦汁中含量啤酒中含量第三组麦汁中含量啤酒中含量谷氨酸150200120异亮氨酸608010赖氨酸809050天冬氨酸50703550缬氨酸1201503050组氨酸304015天冬酰胺60805060苯丙氨酸1201404050精氨酸1001205060苏氨酸60805060甘氨酸305010色氨酸260150丝氨酸60704555丙氨酸9016045蛋氨酸30502530酪氨酸7010035-40脯氨酸
10、250350235335亮氨酸15017030此表中共有18种氨基酸。第一组氨基酸酵母自己能合成，酵母代谢消耗很少（仅20-30%），在制造麦汁时不必刻意追求提高，否则啤酒中会残留过多，引起啤酒不爽口。第二组氨基酸酵母十分需要，酵母吸收量均在50-70%，并且此组氨基酸和杂醇的产生相关联，发酵前期麦汁中有较多氨基酸时，酵母主要走伊氏路线，以分解代谢氨基酸形成相应的杂醇；发酵中后期若麦汁中某些第二组氨基酸缺乏，酵母为了合成细胞物质就必须从酮酸来合成氨基酸。若合成时缺乏氮来源，合成受阻，导致酮酸在酵母体内积累，酮酸是酵母毒物，酵母必须将此酮酸迅速代谢脱羧、还原形成相应的杂醇。如：-酮基异己酸形成异
11、戊醇、-酮基异戊酸形成异丁醇、-酮基-甲基异戊酸形成活性异戊醇。反之，若麦汁中有足够含量的亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸，酵母可直接利用，而不必走酮酸合成，它们的存在反馈抑制了相应杂醇的产生，啤酒中异戊醇、异丁醇、活性戊醇含量减少。第三组氨基酸酵母不能合成，酵母吸收量虽然不大（50%），若是缺乏此组氨基酸，酵母合成受阻，会影响酵母遗传，最终也会影响酵母代谢风味物质。因此，我们不但要注意麦汁中-氨基氮含量，更应该注意麦汁中第二、三组氨基酸含量。麦汁中-氨基氮并非越高越好，同一啤酒酵母菌种对氨基酸的吸收量为定值，麦汁中过多的氨基酸含量会导致啤酒中氨基酸残留过多，影响啤酒风味。浓醇啤酒中一般残留-氨基氮5
12、0-70 mg/L，淡爽啤酒中最佳风味时残留-氨基氮应该在30-50 mg/L。表3 啤酒中高级醇含量表11P （mg/L）高级醇阈值 mg/L啤酒中常见含量范围优秀啤酒中量正丙醇25515510正丁醇5011013异丁醇751535715异戊醇50351003040活性戊醇751530520b-苯乙醇5015802535酪醇10131.5色醇10.120.2总高级醇1005018080-100影响啤酒中高级醇含量的主要因素，除了麦汁中氨基酸含量外，更主要的是啤酒发酵中的酵母增殖量。酵母增殖按M=Zo2n，式中，M发酵液酵母总密度；Zo接种酵母中可出芽的酵母密度；n酵母增殖级数。我们多年研究发
13、现：一定浓度麦汁，酵母总密度M常常是常数。如：11P麦汁酵母总数M=5070107个/mL。若接种过多酵母，发酵增殖就减少，发酵就会不彻底，影响啤酒风味；若接种过少，酵母增殖就会增加，相应杂醇含量就会更多。合适的酵母增殖级数是2.62.7，对应可出芽酵母的接种密度（Zo）为1.1107个/mL。促进酵母增殖的因素，包括麦汁含氮量、接种温度、搅拌（大罐发酵液对流）等。加强麦汁通风控制可减少杂醇增加。如：四锅麦汁满一大罐，第一、二锅麦汁通气达饱和，第三次半饱和，第四次不通风；为了减少发酵前期酵母增殖，应严格控制接种量，还应控制起发酵温度，这样都能减少高级醇的生成量。 3. 挥发酯3.1 代谢途径啤酒发酵中挥发酯的形成，在发酵前期主要靠糖代谢后形成的酰基辅酶A和醇类结合形成酯，代谢途径如下：RCH2OH+RCOSoA RCH2COOR+CoASH 发酵糖 氨基酸有机酸 丙酮酸 酮酸 乙醛 双乙酰
