啤酒中物质分析及风味评价检测方案

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2001年第4期(总第106期)No.42001Tol.106酿酒科技Liquor- making Sciencee& Technology59 酿酒科技Liquor- making Science & Technology2001年第4期(总第106期)No.4200111Tol.10660 啤酒中挥发性风味物质的分析及风味评价 王志沛，季晓东，武千钧，陈华磊 (青岛啤酒集团有限公司，山东青岛 266061) 摘要： 应用气相色谱定量分析啤酒中的挥发性风味物质如如类、酯类、连二酮、含硫化合物等，通过风味强度进行风味特征评价及风味差别度的判别，达到控制质量的目的。结合应用 GC- MS、气相色谱一气味测定法(GCO)、电子自旋共振(ESR)等技术对啤酒、酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分进行测定的探讨。 关键词：：啤酒；挥发性风味物质； GOO： ESR：风味评价 中图分类号： TS262.5；O657.71； TS261.7 文献标识码：A 文章编号：1001-9286(2001)04-0059-03 Analysis and Evaluation of Aroma Volatiles in Beer WANG Zhi-pei ，JI Xiao- dong， WU Qian- jun and CHEN Hua- lei (Qingdao Brewery Co. Ltd.，Qingdao ，Shandong，266061，China) Abstract： A system for gas chromatograp hic determination of beer aroma volatile compounds that uses Flavor Units to estimate and prelict thefdifferences between beers was developed. Some new techniques such as GCO and ESR for anal ysis of flavor and off-flavor in beer were also discussedin this article . 在国内，啤酒作为饮料酒，其风味特征主要通过感官品尝进行评价。随着啤酒生产规模化、集团化发展，仅靠专业评酒人员进行感官品尝，难以达到控制产品品质的目的。利用现代仪器分析技术对啤酒品质进行监控，保持啤酒风味一致性，是啤酒行业发展的趋势。 啤酒中主要的挥发性风味物质 啤酒中的挥发性风味成分，包括醇类、酯类、酸类、醛类、酮类、硫化物、酚类化合物等，其来源、风味阈值及在啤酒中的浓度见表1。其他影响啤酒品质的挥发性风味成分还有，酒花油中多种挥发性成分共同产生的“酒花香"，反-2-壬烯醛为代表的“老化味”，3-甲基-2-丁烯硫醇为代表的内“日光臭”，以及麦芽香气成分等。 2 啤酒中挥发性风味化合物的分析 利用气相色谱可对啤酒中挥发性风味化合物进行分析，气相色谱测定技术可以测定啤酒中连二酮、醇类、酯类、含硫化合物、羰基化合物等重要风味化合物。随着对啤酒风味物质研究越来越重视，目前已采用 GC-MS、GC气味检测法与 GC-MS结合及电子自旋共振(ESR) 技术对啤酒、酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分进行分析。 2.1 啤酒中低沸点风味化合物的气相色谱 表1 啤酒中主要的挥发性风味物质 风味物质 风味描述 来源 阈值 (mg/L) 啤酒中的含量 (mg/L) 醇 乙醇 酒精味 发酵副产物 15000 正丙醇 酒精味 发酵副产物 800 6~35 异丁醇 酒精味 发酵副产物 200 6~17 异戊醇 酒精味，水果香味 发酵副产物 70 25~85 β-苯乙醇 玫瑰香味 发酵副产物 100 5~38 呋喃醇 近似猫尿味 老化 0.000002 酯 乙酸乙酯 溶剂味，水果味 发酵副产物 30 7~32 乙酸异戊酯 香蕉味 发酵副产物 1.5 0.3~6 乙酸苯乙酯 苹果味，玫瑰味 发酵副产物 0.1~3.3 己酸乙酯 苹果味 发酵副产物 0.2 0.02~0.4 辛酸乙酯 水果味 发酵副产物 0.04~0.5 酸 丁酸 酸败味 酵母自溶 2.5 0.5~1.5 异戊酸 硫误味，陈酒花味 酵母自溶，大麦类脂 0.5~1.5 己酸 雄山羊味，酸败味 大麦类脂，酵母自溶 1~21 辛酸 酸败味，雄山羊味 大麦类脂，酵母自溶 8 1.8~16 癸酸 酸败味 酵母自溶 10 酮 双乙酰 奶酪味 发酵副产物 0.1 0.01~0.8 2，3-戊二酮 奶酪味 发酵副产物 0.9 0.01~0.2 乙偶姻 发霉味 发酵副产物 50 1~5 醛 乙醛 生青味 发酵副产物 10 0.5~27 反-2-壬烯醛 纸板味 脂肪酸氧化 0.0001 硫化物 硫化氢 臭鸡蛋味 麦芽，发酵副产物 0.004 0.01~0.8 -二甲基硫 煮玉米味 麦芽 0.05 0.002~0.2 酚 氯苯酚 药房味.药味 含氯杀菌剂残留物 0.001 ( 收稿日期：2001-03-05 ) ( 作者简介：王志沛(1958-)，男，山东人，高级工程师，发表论文多篇。 ) 法测定 采用顶空自动进样，可定量测定啤酒中的乙醛、二甲基硫、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异戊：醇等9种化合物。 仪器： PERKIN ELMER Autosystem气相色谱仪，PEHS-40全自动顶空进样器，PE 1022数据处理机。FFAP石英毛细管柱，30m长，0.32mmI.D. 。 顶空进样器条件：样品温度 50℃，加热时间 35min。 气相色谱条件：柱温35℃保持3min，以10℃ min 升温至190℃；进样器温度150℃；检测器温度200℃；载气为高纯氮气，13P.S.I.。 样品前处理：移取10ml未除气啤酒于 20 ml顶空进样瓶中，加入正丁醇内标溶液，加密封垫，铝盖压紧。将密封后的进样瓶放入顶空进样器中进样测定。 2.2 啤酒中连二酮及其前驱体的测定 采用顶空-毛细管气相色谱法，定量测定啤酒中的双乙酰、2，3-戊二酮及其前驱体。 仪器： PE公司 Autosystem 气相色谱仪和 HS-40全自动顶空进样器。Carbowax 20M 石英毛细管柱，25m长，0.32mmI.D.。 顶空进样器条件：样品温度35℃，加热时间 40min。 气相色谱条件：柱温55℃；进样器温度150℃；检测器温度200℃；载气为高纯氮气，17P.S.I.。 样品前处理：移取10ml 未除气啤酒于20 ml 顶空进样瓶中，加入内标溶液，加密封垫，铝盖压紧。将密封后的进样瓶放入顶空进样器中进样。对连二酮前驱体的测定，采用曝气和60℃保温90min的前处理方式使其全部转化成双乙酰和2，3-戊二酮，测定的数值为连二酮加前驱体浓度之和。 2.3 啤酒中游离脂肪酸的测定 定量定丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、己酸、辛酸、癸酸等短链脂肪酸及 C12Ci416、Ci8、C20、C22、C16：1、Ci8：1、Ci8∶2、C18：3等长链及不饱和脂肪酸。 仪器：Agilent 6890气相色谱仪，FFAP石英毛细管柱，30m长，0.32mmI.D.。 气相色谱条件：测定短链脂肪酸，柱温120℃；进样器温度150℃；检测器温度200℃；载气为高纯氮气，10P.S.I.。测定长链及不饱和脂肪酸，柱温100°℃升温至200℃；进样器温度210℃；检测器温度210℃；载气为高纯氮气，10P.S.I.。 样品前处理：测定短链脂肪酸，100ml 啤酒加入内标溶液，用二氯甲烷萃取2次后，经4000r/ min 离心20min，再震荡20min后，用微量注射器移取2u1进气相色谱。测定长链及不饱和脂肪酸，1000 ml 啤酒加入内标溶液，用氯仿/甲醇溶液萃取3次，得到的脂肪酸进行甲酯化反应并经纯化后，用微量注射器移取4u1进气相色谱。 2.4 啤酒中β-苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸B-苯乙酯等高沸点组分的测定 定量测定β-苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸3-苯乙酯等高沸点组分. 仪义：Agilent 6890 气相色谱仪，FFAP石英毛细管柱，30m长，0.32mmI.D.. 气相色谱条件：柱温100℃升温至190℃；进样器温度150℃；检测器温度200℃；载气为高纯氮气，10P.S.I.。 样品前处理：100ml啤酒加入内标溶液，用二氯甲烷萃取2次后，经4000r/ min 离心20min ，再震荡20min 后，用微量注射器移取2.1进气相色谱。 2.5 气相色谱一气味检测技术(GCO)分析啤酒中的风味成分 20世纪90年代初期，国际上采用气相色谱一气味检测技术对啤酒中的风味成分进行分析，其优点是利用气相色谱的高分离效能，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 检测器进行常规的定量，一个接气味检测器，通过人的嗅觉鉴别单个成分的风味特征。GCO 法与其他分析手段相结合，如 GC-MS，可以鉴别啤酒中具有明显风味特征的成分，如异戊醇β-苯乙醇、酯类、老化羰基化合物及杀菌剂味、硅藻土吸附的风味物质、易拉罐内层涂料引起的异味等风味物质。应用举例 2.5.1 GCO 法分析啤酒中的老化风味成分。20ml啤酒在隔氧避光条件下吸附在 Extrelute 20 萃取柱上，再用 100ml 戊烷解吸后蒸馏浓缩，直接注入气相色谱。气相色谱条件：HP-5石英毛细管柱，50m长，0.32mmI.D.；柱温40℃，以3℃ min 升温至270℃保持45min；柱出口洗脱分流比FID：气味检测器为10：90；气味检测器工作时间60min。 GCO 法与 GC- FID 结合可以分析啤酒中的高级醇、酯类、酚类及反-2-壬烯醛、苯乙醛等老化风味醛类物质。 2.5.2 多维气相色谱-气味检测法与 GC-MS技术结合测定啤酒、酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分。啤酒酿造过程中产生杀菌剂味，例如2，6-二氯苯酚，单靠 GC-MS技术，因分离度不好，无法定性，采用多维气相色谱-气味检测技术可以解决这一难题。先将样品酒用乙醚为萃取剂采用固相萃取管萃取及浓缩，然后利用 HP- Innowax 毛细柱由 GC 风味检测器在保留时间为 63.7min 进行杀菌剂味测定。再将分离出的样品吸附在Tenax TA 管上，采用 Quadrex007 甲基硅酮毛细柱进行分离，由GC 气味检测器在保留时间为18.3min 进行杀菌剂味测定，最后由多维 GC-MS在相同分离条件下进行测定，可鉴别出该种化合物是2，6-二氯苯酚。 2.6 电子自旋共振(ESR)技术改善啤酒的风味稳定性 利用电子自旋共振光谱技术，可以测定啤酒的内抗氧化活性及OH基团产生活性。在生产实践中，该技术可对酿造工艺对啤酒风味稳定性的影响进行分析，达到预测和改善啤酒风味稳定性的目的。将 ESR 技术应用于啤酒新鲜度管理中，与化学发光技术、老化风味醛类测定技术相结合，可以定量分析啤酒的新鲜度，而且得到的新鲜度值与感官品评有很好的相关性。 3 啤酒中挥发性风味化合物的风味评价 啤酒风味特征评价方法的原理是，通过气相色谱对啤酒中的挥发性风味成分进行分析测定，结合 Meilgaad 有关风味阈值及风味协同作用的研究理论，计算某种风味特征的风味强度值，从而对啤酒的风味成分进行评价及对不同品牌啤酒进行风味差别的判别，达到控制和改善啤酒风味稳定性和一致性的目的。 风味阈值是指某种风味成分在啤酒中可感受到的最低含量。某种风味成分对啤酒的影响，主要与其浓度和风味阈值有关，由此提出了风味强度的概念。风味强度(FU)=风味物质浓度/风味阈值。根据风味强度值的大小，将啤酒中的风味成分分为4类。 ●首要的风味成分(FU>2.0) 乙醇，酒花苦味物质(如异葎草酮)，CO2。 特殊啤酒：酒花香气成分，谷物香气成分，高浓啤酒的几种酯类和醇类，短链脂肪酸。 缺陷啤酒：反-2-壬烯醛，双乙酰和2，3-戊二酮，H2S、DMS 等含硫化合物，乙酸，3-甲基-2-丁烯硫醇，其他因微生物污染等生成的风味成分。 次要的风味成分(0.5~2.0FU) 挥发性：香蕉酯(如乙酸异戊酯)，苹果酯(如己酸乙酯)，杂醇油(如异戊醇)，C6、C8、Cio脂肪酸，乙酸乙酯，丁酸和异戊酸，苯乙酸。 非挥发性：酚类，各种酸类，糖类及酒花化合物。 ·第三类风味成分(0.1~0.5FU) 乙酸苯乙酯，对氨基苯乙酮，异戊醛，乙偶姻y-戊内酯等。 其他风味成分(<0.1FU) 指不在上述范围的风味成分。 通过利用风味强度值这一概念，可对啤酒风味成分进行评价。其有两方面的涵函： 3.1 评价个体样品的风味特征，预测风味病害 一般来讲，当某种风味物质的风味强度小于0.5时，不会对风味产生影响；当风味强度在0.5~2.0时，则会对啤酒风味产生一定的影响；当风味强度大于2.0时，对啤酒的风味有严重的影响。 利用气相色谱分析方法，对啤酒中重要的高级醇、酯类、连二酮、乙醛、二甲基硫、脂肪酸等成分进行分析测定，这些物质涵盖了啤酒的醇味、酯香味、双乙酰味、生青味、煮玉米味等风味特征，约占啤酒主要香气特征的50%，是啤酒香气成分的主要骨架。 由于啤酒中的风味成分之间具有风味协同作用或风味累加作用，在进行风味特征评价时要考虑不同化合物对风味的影响。如正丙醇、异丁醇和异戊醇是高级醇的代表物质，赋予啤酒典型的“醇味"。正丙醇、异丁醇在啤酒中的浓度均低于其阈值的15%，对啤酒影响甚微，异戊醇的阈值70mg/L，浓度范围25~85mg/L，对啤酒有较大的影响。由于这些醇类混合物具有风味协同作用，根据不同醇类对啤酒风味的影响比例大小及风味阈值，可以得到啤酒“醇味"的风味强度值计算公式。由此建立的风味特征及相关化合物关系见表2，醇酯比关系见表3。 表2 啤酒风味特征及相关化合物 生青味 乙醛 煮玉米味 二甲基硫 双乙酰味 双乙酰、2，3-戊二酮 果香味、溶剂味 乙酸乙酯 香蕉味 乙酸异戊酯、乙酸异丁酯 苹果味 己酸乙酯、辛酸乙酯 醇味 异戊醇 醇味、香味 C3~C5醇 醇味、花香味 杂醇油(C3~Cs醇β-苯乙醇) 酸败味 己酸辛酸癸酸 表3 啤酒醇酯比与风味特征 醇酯比(C3~C5醇：总酯) 风味特征 3~4：1 适中 >5：1 醇味突出 <2：1 酯香味突出 3.2 判别不同啤酒的风味差别，改善啤酒的风味稳定性和一致性 风味强度值结合风味物质的协同作用理论，可以对不同时期、不同地点生产的啤酒比较风味差别，以区分其风味特征。风味 差别度的评价方式见表4。 表4 风 味 差 别 度 两种啤酒风味强度之差值(FU) 风味差别度 风味评价 <-2.0 很弱 -1.0~2.0 比较弱 -0.5~-1.0 略弱 -0.5~0.5 0 无差别 0.5~1.0 + 略强 1.0~2.0 ++ 比较强 ≥2.0 十十十 很强 应用上述原理，对6种品牌的啤酒进行风味差别判别，结果见表5及表6。 表5 啤酒样品的风味强度 风味特征 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6 双乙酰味 0.7 0.2 0.3 0.2 0.6 0.4 醇味 0.8 1.0 0.8 1.1 1.1 0.8 果香味 0.5 0.5 0.4 0.7 0.3 0.5 酯香味 0.9 1.3 0.7 2.2 0.4 1.0 酸败味 0.6 1.3 0.9 1.0 0.5 0.9 煮玉米味 0.6 0.4 0.6 0.4 0.4 0.6 生青味 0.4 0.1 0.8 0.4 0.3 1.0 醇酯比 4.1 5.0 5.6 3.3 8.9 4.8 表6 啤酒样品的风味差别 风味特征 (对照) 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6 双乙酰味 / - 0 -- 0 0 醇味 / 0 0 0 0 0 果香味 / 0 0 0 0 0 酯香味 / 0 0 ++ 一 0 酸败味 / + 0 0 0 0 煮玉米味 / 0 0 0 0 0 生青味 / 0 0 0 0 + 由表6可见，以样品1作对照，样品2双乙酰味稍弱，酸收味稍强；样品4的酯香味较强；样品5的酯香味略强；样品6生青味略强。 利用风味强度值进行啤酒风味评价，主要适用评价啤酒香气成分的主要骨架，如高级醇、酯、双乙酰等有典型风味特征的物质。对于甜味、苦味、涩味等口感物质，由于不能进行定性定量分析，对其风味难以进行评价。因此，该方法与感官品评相结合，能对啤酒风味特征进行较全面的评价。 ( 参考文献： ) ( [1] M eilgaard，M. 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