啤酒中常见异味成分控制的研究进展

中国酿造

2019年第38卷第1期

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啤酒中常见异味成分控制的研究进展

崔云前,苏文超，吴梓萌，张海梦

(齐鲁工业大学生物工程学院山东省微生物工程重点实验室，山东济南250353)

摘要:随着啤酒市场的逐渐壮大，消费者对啤酒的品质、口感和风味愈加注重，拥有协调香气、醇厚口感和丰富层次的啤酒将更受

消费者的青睐。在啤酒的发酵过程中，啤酒酵母代谢产生多种副产物，可将其分为两类:一类是决定啤酒香味的芳香物质;另一类是

给啤酒带来不纯正、不成熟、不协调的口味和香气的生青味物质。在这众多生青味物质中，双乙酰、二甲基硫及乙醛对啤酒风味影响 最大。该文通过对双乙酰、二甲基硫及乙醛这三种不良风味物质的控制进行深入研究，总结出多种控制方法，旨在改善啤酒风味，提 高啤酒质量。

关键词：啤酒不良风味双乙酰二甲基硫；乙醛中图分类号：TS262.5

文章编号：0254-5071 (2019)01-0009-04

;;;

doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2019.01.003

引文格式:崔云前，苏文超，吴梓萌，等啤酒中常见异味成分控制的研究进展

.J].中国酿造，2019,38(1):9-12.

Research progress in controlling common ofF-flavor components in beer

CUI Yunqian, SU Wenchao, WU Zimeng, ZHANG Haimeng

(Shandong Province Key Laboratory of Microbiological Engineering, College of Bioengineering, Qilu University of Technology,

Jinan 250353, ChinaAbstract: With the development of the beer market, consumers are paying more attention to the quality, taste and flavor of beer. Beers with harmo­nious aroma, mellow taste and rich layers are favored by consumers. During the beer fermentation stage, there are varieties of by-products by beer yeast metabolism, which can be divided into two categories: aromatic substances contributing to the aroma of beer and green-flavor substance impart­ing impure, immature, uncoordinated taste and aroma to beer. Among these green-flavor substances, diacetyl, dimethyl sulfide and acetaldehyde have a greater important influence on beer flavor. In this paper, the control of three harmful flavor substances including diacetyl, dimethyl sulfide and ac­etaldehyde were depthly researched, and various control methods were summarized, which greatly promoted the beer flavor and improved the beer quality.Key words： beer; undesirable flavor; diacetyl; dimethyl sulfide; acetaldehyde

伴随着中国啤酒市场的不断发展，我国已成为世界啤 酒生产大国和消费大国，总产量稳居世界第一[1]。啤酒的 发酵是指啤酒酵母利用麦汁中的营养成分进行一系列的 代谢反应的过程，在此过程中会产生多种代谢产物，其中 最主要的代谢产物是乙醇和二氧化碳，除此之外还有一些 代谢副产物如：高级醇、双乙酰、硫化物、酯类和醛类等物 质。研究至今检测出的成品啤酒中约有1 000多种成分[2]， 在这个复杂的成分体系中，会给啤酒风味带来很大影响的 约300余种，但这些物质的总含量所占比例不到0.1%，这些 风味物质的种类存在不仅决定了啤酒的种类，而且对啤酒 的质量有十分重要的作用。在这众多的风味物质中，为啤酒 带来不愉悦风味的物质主要是双乙酰、硫化物与醛类。这些 物质中尤为突出的是双乙酰、二甲基硫(dimethyl sulfide， 酒带来和谐的香气、醇厚的口感和良好的风味。若超出这

收稿日期：2018-08-17

修回日期：2018-11-23

个限定范围，将会给啤酒带来令人生厌的异味。这些风味 物质的浓度虽然很低，但对啤酒的风味稳定性和一致性有 很大影响[3]。

控制这些风味物质的含量是近些年一直在研究的热 门课题。随着消费者生活水平的提高，对啤酒的风味和质 量要求也随之增强，因此对啤酒中不良风味的控制研究有重要意义。

1控制啤酒中双乙酰含量的研究

双乙酰[4]是啤酒在发酵过程中，酵母发生一系列的复 杂代谢反应产生的一种主要副产物，也是啤酒中最主要的 生青味物质，其口味阈值在0.10〜0.15 mg/L之间，当双乙酰 含量超过口味阈值时。则会产生令人不愉快的馊饭味，将 严重影响到啤酒的感官质量[5]。双乙酰的含量与还原程度

是判断啤酒是否成熟的标志，因此如何降低啤酒中双乙酰 的含量，缩短生产周期是啤酒酿造者和科研工作者一直都

DMS)和乙醛，它们的含量若在口味阈值范围内，可为啤

基金项目：工业发酵微生物教育部重点实验室(天津科技大学)开放基金项目（2017IM006) 作者简介:崔云前(1969-),男,副教授，博士，研究方向为现代啤酒酿造技术。

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在关注的课题。

啤酒中双乙酰的形成方式有以下4种，最主要的是由 啤酒酵母通过缬氨酸代谢途径产生a-乙酰乳酸，然后分泌 至细胞外经非酶促氧化脱羧反应形成双乙酰;酵母中的乙 酰辅酶A与活性乙醛发生直接缩合，释放出辅酶A后形成 双乙酰;在啤酒酿造过程中若污染了乳酸菌和链球菌等微 生物，则微生物经繁殖代谢后可产生a-乙酰乳酸，导致双 乙酰的形成；到了发酵后期啤酒酵母活性降低，菌体细胞 会发生自溶，从而将体内的a-乙酰乳酸溶解到发酵液中， 经氧化反应形成双乙酰[叫。

由于双乙酰的含量与还原程度是判断啤酒是否成熟 的标志，故控制啤酒中双乙酰的含量是非常重要的。双乙 酰含量的控制主要从减少a-乙酰乳酸的生成、加快a-乙酰 乳酸的非酶促氧化分解和加速双乙酰的还原这三个方面 入手[9]。a-氨基酸态氮的含量对酵母的繁殖有重要作用， 可通过减少麦汁中aa-氨基酸态氮的合成和积累，从而降低

-乙酰乳酸的生成量，研究表明控制麦汁中mga-氨基酸态氮

的含量在160〜180 /L之间效果最好。高文举等[10]研究

在啤酒发酵过程中，添加适量的锌盐，使发酵液中锌离子 含量达到150 pg/L可以增强酵母还原双乙酰的活力，从而 加快双乙酰的还原。酵母菌株的选择对双乙酰的最终含 量影响很大。王庆权等[11]对Saccharomyces cerew'si'ae SH酵 母菌株进行超声波诱变处理，然后通过苯磺隆抗性初筛和 发酵复筛得到突变菌株，将之用于啤酒发酵，最终双乙酰 生成量为0.092 mg/L，较出发菌株降低了61.8%，除此之外 也保留了出发菌株的优良性状和良好的遗传稳定性。石婷 婷等[12]通过同源重组敲除四倍体啤酒酵母的a-乙酰乳酸 合成酶的部分基因OLV2)，构建缺失两个JLV2等位基因 的突变菌株，并将之运用于啤酒发酵，相比于出发菌株， 突变菌株酿造出来的啤酒的双乙酰峰值降低了 51.67%，含 量降低了 45.65%，且对啤酒质量无其他影响。适量提高酵 母接种量和麦汁溶氧量可有效控制酵母增值倍数，使发酵速 度加快，有效的降低了 a-乙酰乳酸的产生和加快了双乙酰 的还原，经试验得满罐接种量维持在（12〜16)x108个/mL， 麦汁充氧量维持在8〜10 mg/L最有利。a-乙酰乳酸脱羧酶 (alpha-acetolactate decarboxylase，ALDC)[13]可绕开双乙酰

形成途径直接将a-乙酰乳酸转化为乙偶姻，从而降低啤酒 中双乙酰的含量。李爱春等[14]在麦汁主发酵刚开始的时候， 向麦汁中添加0.5 g/(h，L)的ALDC产品浓缩液，结果显示 发酵结束后双乙酰含量明显降低且缩短了发酵时间，并 对啤酒质量无其他影响。发酵过程是双乙酰含量变化的主 要过程，研究表明采用6〜7 °C较低温接种，主发酵前期采 用8〜10 °C低温发酵，当外观发酵度达到60%〜65%时，提 高发酵温度至12〜14 C再进行发酵，发酵结束后快速降温 至0〜1 C，这个过程可促进啤酒成熟，也利于a-乙酰乳酸

的非酶氧化反应和双乙酰的还原。双乙酰具有一定的挥 发性，故在发酵前期采取加压发酵，发酵后期利用CO2进 行洗涤，因为CO2可使沉降的酵母重新悬浮而加速双乙酰 还原，并且可带走部分双乙酰。a-乙酰乳酸只有在有氧的 环境下才能形成双乙酰，所以可在发酵液中添加适量抗氧 化剂，如：抗坏血酸、亚硫酸氢钠等，并严格控制灌装过程 中与氧气的接触，防止a-乙酰乳酸氧化成双乙酰。在啤酒 发酵的整个流程中，双乙酰含量的检测与控制是十分重要 的，国标GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》规定[15]通过蒸 馏的方式将成品啤酒中的双乙酰蒸馏出来，让之与邻苯二

胺反应生成2,3-二甲基喹喔啉，用紫光分光光度计在波长

A335 nm处测定其吸光度值Amnm，带入公式X(双乙酸含量)=

335nmXE (换算系数)可计算出双乙酰的含量。做到定时检

测可为双乙酰含量的控制提供有效依据。整个酿造环节，

要加强卫生管理，建立完善的原位清洗(clean in place，CIP) 系统来防止微生物的污染。2控制啤酒中二甲基硫含量的研究

啤酒中的硫化物按物理性质可分为非挥发性和挥发 性硫化物，前者占94%，对啤酒风味影响较小;后者虽仅占

6%，但对啤酒风味影响较大[16]。由此可见啤酒中的硫化味 主要来源于啤酒酿造过程中产生的口味阈值较低的挥发 性硫化物，这些挥发性硫化物主要有DMS、硫化氢和二氧 化硫等，其中DMS对啤酒风味影响最大。DMS对啤酒风味 有双重作用，适量存在时会使酒体丰满圆润，香气协调;过 量则会给啤酒带来不良的风味影响[17]。其口味阈值为30〜 50 pg/L，当其含量适当时对啤酒的口味是非常有利的，超 过50 pg/L后会产生“腐烂蔬菜味，，、“烤玉米味，，[18]，超过 100 pg/L会出现硫磺臭味，严重影响啤酒的风味品质。啤 酒受到光照影响时，DMSDMS还会发生雾浊现象。

的生成和整个制麦和啤酒酿造过程都有关系。

DMSO的前驱物质是活性二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide， SMM)和非活性硫-甲基蛋氨酸(sulfUr-methyl methionine， )。SMM是一种含氮物质，若选用蛋白质含量较高的 麦芽则会増加SMM的生成量，从而会増加成品啤酒中DMS 的含量。在大麦发芽过程中，大麦中的L■蛋氨酸转甲基酶 活性会大大增强，增加了麦芽胚中SMM的生成量;在麦芽 烘干过程中，SMM受热易降解，故烘干时间越长，温度越 高，SMM被降解越多，从而导致DMS含量越高;在麦芽焙 焦过程中，SMM会分解形成游离的DMS和高丝氨酸，焙烤 温度越高，时间越长，则DMS的生成量会越多[19-20]。在糖化 期间，SMM温度、时间和pH也会对DMS的含量造成很大影响， 可被水解酶水解成DMS;麦汁导入回旋沉淀槽后，温度 一般维持在90 C以上，此温度条件下未分解的SMM将继续 在高温作用下缓慢分解成DMS;麦汁中的大部分DMS会在 麦汁煮沸过程中挥发除去，但有少量的DMS会被氧化成

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专论与综述

DMSO,随麦汁进入到发酵罐中，发酵过程中在酵母还原

酶的作用下被还原成DMSODMS。大肠菌群等微生物的体内有 还原酶，对酵母还原DMSO有很大的促进作用。正常 情况下，啤酒酵母只能将5°%〜15%的DMSO还原成DMS， 而污染了细菌后会大大增加这个比例，导致DMS的含量 明显上升。发酵完成后啤酒中还残留微量的SMM和大量 的DMSDMSO,在高温杀菌作用下，残留的SMM会缓慢分解成 。成品啤酒在贮存运输过程中受到太阳光的照射也会 使DMS的含量有所増加。

若要控制好啤酒中DMS的含量，必须从原料、工艺、 设备等全方面严加把控才能有效的降低啤酒中DMS的含 DMSO量[21]。选择蛋白质含量在9%〜11%的大麦品种;选择还原

能力强、利用二甲基硫化物多、硫酸盐渗透酶和亚

硫酸盐还原酶活性强的酵母菌株;适当地降低浸麦温度和 发芽温度，缩短发芽时间会减少SMM的生成，从而降低 了 DMS的含量[22]。在大麦发芽过程中，使用碱水浸麦和添 加溴酸钾都可抑制蛋白酶活性，减少可溶性氮含量，从而 抑制SMM的生成。在糖化过程中，适当增强煮沸强度有利 于SMMSMM受热分解产生的DMS随着麦汁煮沸蒸发而除去。 的水解受DMSpH值影响，麦汁的pH值控制在5.2〜5.6范围

内可以减少的生成量。发酵期间采用CO2洗涤可促使 发酵液中DMS的排出。采用低温短时巴氏杀菌。包装最好 采用棕色瓶，可避免日光暴晒。MARCONI O等[23]采用顶空 毛细管柱气相色谱法测定啤酒中DMS的含量，以此实时检 测啤酒中DMS的生成，保证啤酒的风味质量。制麦过程和

酿造过程中要加强卫生管理，避免各种微生物的污染。3控制啤酒中乙醛含量的研究

乙醛是啤酒中含量最多的醛类物质，具有挥发性，约 占啤酒中总醛类物质的60%，其口味阈值为10 mg/L。乙醛 对人体影响很大，不仅能刺激人的自律神经使血管扩张或 者肌肉萎缩，从而引起过量饮酒后的头疼感，而且啤酒中的

乙醛含量过高会有辛辣的青草味，造成啤酒风味的不协调。

乙醛是酵母把糖转化为乙醇的中间代谢副产物，在 主发酵前期由于酵母的数量急剧增加而使得乙醛大量累 积，发酵至外观发酵度为35%〜60%时达到峰值，随着发 酵的继续进行，导致罐压升高，乙醛含量开始下降。直到进 入低温贮存期，乙醛含量降至最低且基本保持稳定。啤酒 中乙醛的形成机理有以下两种：主要是啤酒酵母通过糖酵 解途径生成丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸脱羧酶的催化作用下 生成乙醛，乙醛可在乙醇脱氢酶作用下还原成乙醇，也可 在乙醛脱氢酶作用下氧化成乙酸；若麦汁被微生物污染， 尤其是厌氧单胞菌，则其可通过2-酮-3脱氧-6-磷酸葡糖酸 途径生成乙醛[24]。在原料选取和酿造工艺方面:麦芽种类和 原辅料配比会影响成品啤酒中乙醛含量;麦汁的pH值和溶 氧量越高会导致成品啤酒中乙醛含量越高;主发酵压力越

高，乙醛生成量越多;微生物的污染，尤其是厌氧单胞菌会 导致乙醛含量的明显上升[25]。

为了控制啤酒中乙醛含量，可从改进发酵工艺，利用 基因工程构建重组菌株和改变啤酒酵母菌株的代谢途径 来进行控制。在改进发酵工艺方面:选择乙醛峰值低且还 原乙醛能力强的酵母;调整原辅料比例为7:3；麦汁充氧量 控制在5〜8 mg/L范围内；麦汁pH控制在5.0〜5.2；适当提 高发酵温度，加快乙醛还原速度从而降低乙醛含量；发酵 后期采用CO2洗涤可促进乙醛挥发;加强发酵过程中卫生 管理，防止微生物的污染[26-27]。利用基因工程构建重组菌 株来获得低乙醛啤酒酵母菌株是降低乙醛含量的一种有

chain效方法reaction。

WANG J J等[28]通过聚合酶链式反应(polymerase

，PCR)技术获取了一段带有筛选标识和同源

区域的目的基因，然后用醋酸锂转化法使目的基因与乙醇 脱氢酶II基因发生同源重组，得到了一株乙醇脱氢酶II基因 被破坏的工业酿酒酵母，此菌株与出发菌株相比乙醛含量 明显降低，且酵母遗传稳定性良好。王德良等[29]采用基因 转化法获得了一株乙醇脱氢酶II基因突变型的酵母菌株， 驯养后运用到啤酒酿造中，乙醛含量明显下降。从酵母菌 株的乙醛代谢途径来减少乙醛含量主要有以下三种途 径：（1)通过抑制丙酮酸脱羧酶的活性来减少乙醛的生成；(2)提高乙醇脱氢酶活性来促进乙醛向乙醇的转化；（3)提 高乙醛脱氢酶活性来加快乙醛向乙酸的转化。金玮鎏等[30] 采用紫外诱变结合高浓度乙醛平板选育的方法筛选出抗 乙醛啤酒酵母，并进行低温发酵实验，结果显示此菌株可 抵抗高浓度乙醛环境，从而快速还原乙醛，最终成品啤酒 中乙醛含量比出发菌株降低了71.13%，且乙醇脱氢酶活性 显著提高，遗传稳定性良好。张媛媛等[31-32]对酵母菌株进行 紫外诱变，然后采用甲吡唑抗性平板与希夫试剂显色结合 法进行筛选，最后得到的酵母菌株在啤酒酿造过程中乙醛 含量的降幅为82%，且遗传稳定性良好。沈楠等[33-35]对酵母 菌株进行紫外诱变，经双硫仑-乙醛平板进行初筛，再将其 置于高浓度乙醛培养基中进行连续低温驯化得到低产乙 醛酵母菌株，改良后的酵母菌株在啤酒酿造过程中乙醛含 量只有2.86 mg/L，比出发菌株降低了76%。运用乙醛与果 糖同时存在时可使间苯二酚显色的原理去测定啤酒中乙 醛含量，从而对啤酒中乙醛的生成进行有效的控制。4结论与展望

啤酒的风味一致性与稳定性是由各种风味物质共同 作用的结果，其含量过高或过低都会影响啤酒的风味质量， 必须采用合理、有效、正确的方法去控制啤酒中双乙酰、乙 醛、二甲基硫的含量，以此改善啤酒风味，提高啤酒质量。

随着中国啤酒行业的发展以及消费者对啤酒风味、质 量要求的提高，应从原料的选择、糖化、发酵、灌装等流程 严加把控。科学技术的发展，使得气相色谱-质谱联用法、

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气相色谱-嗅觉检测法、高效液相色谱法及顶空固相微萃取 与气质联用法等[32]先进检测技术出现，将之运用于啤酒酿 造过程中产生的风味物质的检测是有重要作用的。故应建 立完善的风味物质动态检测体系，结合现代仪器分析技术， 实时监测啤酒生产过程中风味物质的含量，有效地控制啤 酒风味的一致性与稳定性，保证啤酒质量，这将是今后啤 酒行业发展的必然趋势。参考文献：

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