啤酒中挥发性风味物质的分析及风味评价

摘 要: 应用气相色谱定量分析啤酒中的挥发性风味物质如醇类、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 —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; GCO; ESR; 风味评价 

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。

1 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“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 : PER KIN ELMER Autosystem 气相色谱仪 , PE HS - 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 定量测定丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、己酸、辛酸、癸酸等短 链脂肪酸及 C12、 C14、 C16、 C18、 C20、 C22、C16 ∶1、 C18 ∶1、 C18 ∶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 ,30 m 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 2μ l 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fang/ 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 4μ l 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β- 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β- 苯乙 酯等高沸点组分。 仪器:Agilent 6890 气相色谱仪 ,FFAP 石英毛细管柱 ,30 m 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. 。

2. 5 气相色谱 —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 , 上采用气相色谱 —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 , 50 m 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 分析啤酒中的醇、酯类、酚类及反 - 2 - 壬烯醛、苯YI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yi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 , 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 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. 0 FU) 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、 C10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. 5 FU) 乙酸苯乙酯 ,对氨基苯乙酮 ,异戊醛 ,乙偶姻 ,γ- 戊内酯等

● 其他风味成分( < 0. 1 FU) 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。其有两方面的涵义: 

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 25～85 mg/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。

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。

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