Bier ist zusammen mit Huangjiu und Traubenwein als die drei wichtigsten alkoholischen Getränke der Welt bekannt, und sein Lebenszyklus erstreckt sich über Tausende von Jahren. Mit der Entwicklung der Bierindustrie wird modernes Bier aufgrund der Unterschiede im Brauprozess und in den Produktionsstämmen hauptsächlich in Ale-Bier (obergäriges Bier) und Lager-Bier (untergäriges Bier) unterteilt [2]. Im Vergleich zu Ale-Bier hat Lager-Bier eine niedrigere Gärtemperatur und einen längeren Zyklus. Es hat nicht nur einen feinen und reichhaltigen Schaum und einen erfrischenden und reinen Geschmack, sondern auch eine einheitliche Qualität und eignet sich für die industrielle Produktion in großem Maßstab [3]. Daher ist Lagerbier bei den Verbrauchern wegen seines leichten und erfrischenden Geschmacks und seiner stabilen Qualität sehr beliebt und hat Ale-Bier allmählich als Hauptprodukt der modernen industriellen Bierherstellung abgelöst. Zu den üblichen flüchtigen Aromastoffen in Bier gehören Alkohole, Ester, Aldehyde und Ketone usw. Die Qualität und der Gehalt dieser Verbindungen bestimmen nicht nur den Geschmack und das Aroma des Bieres, sondern beeinflussen auch bis zu einem gewissen Grad die Qualität des Bieres [5]. Da die Anforderungen der Verbraucher an die Qualität und den Geschmack von Bier in den letzten Jahren immer höher geworden sind, ist die Frage, wie der Geschmack von Bier erhalten und verbessert werden kann, für viele Produktionsunternehmen zum zentralen Thema geworden [6].
Malz ist der wichtigste Rohstoff für das Brauen von Bier. Als „Rückgrat“ des Bieres führen Qualitätsmängel beim Malz direkt zu Anomalien bei der Verzuckerung und Filtration, verringern die Produktionseffizienz und erhöhen die Produktkosten [7]. Die Zusammensetzung und die Qualität des Malzes hängen also mit dem Geschmack und der Qualität des Bieres zusammen. Gleichzeitig sind in den letzten Jahren mit dem stetigen Anstieg des Bierausstoßes in China die Qualität und der Ertrag des heimischen Malzes allmählich gesunken, was die Nachfrage der chinesischen Bierindustrie nach hochwertigen Rohstoffen verschärft hat [8]. Was die Erforschung des Einflusses von Malz auf die Bierqualität angeht, so konzentriert man sich derzeit hauptsächlich auf die Analyse von Bestandteilen wie β-Glucan und Protein [9] oder auf die Optimierung der wichtigsten Brauparameter wie Gärtemperatur und Maischverfahren [10], während Studien zur Auswahl und Kontrolle der Braurohstoffe an der Quelle relativ selten sind.
Um die Bierherstellung von der Quelle an zu kontrollieren, wurde in dieser Studie mit Hilfe eines Labor-Biergärungssimulationssystems die Qualität von drei verschiedenen Malzsorten und ihre Auswirkungen auf die Bierqualität und den Brauereigeschmack untersucht. Durch die Messung von Malzqualitätsindizes wie Extraktrate, α-Aminosäure-Stickstoff, Verzuckerungsleistung und Kolbach-Index sowie physikochemischer Indizes des gebrauten Biers wie Alkoholgehalt und Stammwürzekonzentration und durch die Verwendung von Headspace-Festphasen-Mikroextraktion (HS-SPME) in Kombination mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) zur Analyse von Unterschieden bei den Aromakomponenten wurde schließlich die für die Biergärung am besten geeignete Malzsorte ausgewählt, um qualitativ hochwertiges Lagerbier zu brauen und eine theoretische Referenz für dessen industrielle Herstellung zu liefern.
1 Materialien und Methoden
1.1 Materialien und Reagenzien
1.1.1 Stämme
Brauereihefe(Saccharomyces cerevisiae) Lager 497: Laborbestand.
1.1.2 Chemische Reagenzien
Hefeextrakt, Pepton, Agarpulver (alle biochemischen Reagenzien): Bioengineering (Shanghai) Co., Ltd.; wasserfreie Glukose, Jod, Kaliumjodid (alle analytische Qualität): Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; 3-Oktanol (chromatographische Qualität): Sigma-Aldrich, USA; britisches Malz (Eng), kanadisches Malz (Can), deutsches Malz (Ger) und SAAZ-Hopfen: importierter Handelskauf.
1.1.3 Nährmedium
Hefeextrakt-Pepton-Dextrose (Hefeextrakt-Pepton-Dextrose, YPD) Medium: Hefeextrakt 10 g/L, Pepton 20 g/L, wasserfreie Glucose 20 g/L, sterilisieren bei 115 ℃ für 20 min.
Würzemedium: selbst hergestellte Würze, sterilisieren bei 105 ℃ für 10 min.
1.2 Instrumente und Ausrüstung
DLEUW22050 Malzmühle: Bühler-Miag, Schweiz; BGT-8A Saccharimeter: Hangzhou BoRi Technology Co., Ltd.; Trace1310-ISQ LT Gaschromatographie-Massenspektrometrie: TG-WAXMS A Kapillarsäule (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), TriPlus RSH automatischer Headspace-Sampler, Headspace-Festphasen-Mikroextraktionsfaser (50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS): Thermo Scientific, USA.
1.3 Testmethoden
1.3.1 Einrichtung des Laborsystems zur Simulation der Lagerbiergärung
Wiegen Sie eine angemessene Menge Malz ab, fügen Sie Wasser für das Maischen hinzu und filtern Sie nach der Verzuckerung die klare Würze ab und fangen Sie sie auf. Kochen Sie 60 Minuten lang, wobei eine angemessene Menge Hopfen zugegeben wird. Filtern Sie erneut, passen Sie die Würzekonzentration an und erhalten Sie klare Würze. Sterilisieren Sie die Würze 10 Minuten lang bei 105 °C, kühlen Sie sie ab und füllen Sie sie ab.
Hefe-Aktivierungskultur: Beimpfen Sie eine einzelne Kolonie in 1 mL Würzemedium, kultivieren Sie bei 25 ℃, 220 r/min für 12 h; übertragen Sie die obige Kultur in 9 mL Würzemedium, kultivieren Sie bei 20 ℃, 220 r/min für 12 h; übertragen Sie dann die obige 10 mL Kultur in 90 mL Würzemedium, kultivieren Sie bei 15 ℃, 220 r/min für 12 h. Lassen Sie die Hefezellsuspension stehen, beimpfen Sie das Würzemedium mit 1×10⁶ KBE/ml und verschließen Sie es dann mit einem Gummistopfen und versiegeln Sie es aseptisch [13].
Simulierte Gärung im Labor: kultivieren Sie den Wein statisch bei 12 ℃ für 8 d. Wenn der Gärungszuckergehalt etwa 4 °Bx beträgt, endet die primäre Gärung. Stellen Sie den Wein für 7 Tage statisch auf 4 ℃; wenn der Wein keinen offensichtlichen Diacetylgeschmack mehr aufweist, ist die Gärung abgeschlossen [14].
1.3.2 Testverfahren für den Malzqualitätsindex
Nehmen Sie eine angemessene Menge Malz und bestimmen Sie Qualitätsindizes wie Extraktionsrate, α-Aminosäure-Stickstoff, Verzuckerungsleistung und Kolbach-Index (auch KI-Wert genannt) gemäß der Analysemethode in der Leichtindustrie-Norm QB/T 1686-2008 „Biermalz“.
1.3.3 Testmethode für den physikalisch-chemischen Index von Bier
Entnehmen Sie nach der Gärung Proben zur Untersuchung und bestimmen Sie die physikalisch-chemischen Kennzahlen des Biers, wie z.B. den Alkoholgehalt und die Stammwürzekonzentration, gemäß der nationalen Norm GB/T 4928-2008 „Bieranalyseverfahren“.
1.3.4 GC-MS-Nachweisverfahren für Bieraromastoffe
(1) Chromatographische Bedingungen: TG-WAXMS A Kapillarsäule (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), Temperaturprogramm: Halten bei 40 ℃ für 1 min, Temperaturerhöhung bei 3 ℃/min auf 180 ℃, dann Erhöhung bei 20 ℃/min auf 230 ℃, Halten für 15 min. Temperatur der Verdampfungskammer 250 ℃, Trägergas ist hochreines Helium (Reinheit >99,99%), Trägergasfluss 1,0 mL/min, keine Split-Injektion, Lösungsmittel-Verzögerungszeit 1 min.Massenspektrometriebedingungen: EI-Ionisationsmodus, Temperatur der Ionenquelle 230 ℃, Quadrupoltemperatur 150 ℃, Elektronenenergie 70 eV, Emissionsstrom 34,6 μA, Grenzflächentemperatur 280 ℃, Massenscanbereich 29～500 amu.
(2) Probenvorbereitung: Geben Sie 7,5 mL Bierprobe in ein 20 mL Headspace-Fläschchen, fügen Sie 0,5 mL interne 3-Octanol-Standardlösung (0,3 mg/L) hinzu, verschließen Sie es fest und verschließen Sie es mit einer Aluminiumkappe. Legen Sie das Fläschchen in ein Wasserbad von 60 ℃, extrahieren Sie den Kopfraum für 40 Minuten, ziehen Sie die Faser zurück und setzen Sie sie in den GC-Injektor ein, um sie für 5 Minuten zu desorbieren [15].
(3) Qualitative und quantitative Analyse
Durch GC-MS-Analyse zum Nachweis des Gesamtionenchromatogramms der Aromastoffe in der Bierprobe, Verwendung des National Center for Biotechnology Information (National Center of Biotech-nology Information, NIST) 2014 Standard-Massenspektralbibliothekssuche, kombiniert mit Retentionsindex (Retentionsindex, RI), um flüchtige Aromakomponenten in der Gärflüssigkeit zu qualifizieren, und Verwendung der Peakflächen-Normalisierungsmethode für die quantitative Analyse [16].
2 Ergebnisse und Analyse
2.1 Wichtigste Qualitätsindizes verschiedener Malzsorten
2.1.1 Kolbach-Index der verschiedenen Malzsorten
Der Kolbach-Index von Biermalz spiegelt hauptsächlich den Auflösungsgrad des Malzproteins während des Mälzungsprozesses wider und sollte bei 40%～45% gehalten werden [17-18]. Unter den drei verschiedenen Malzsorten waren die Kolbach-Indizes von Can- und Ger-Malz mäßig, nämlich 45% bzw. 40%, während der Kolbach-Index von Eng-Malz relativ hoch war (50%), und es bestand ein signifikanter Unterschied zwischen den drei Sorten (P<0,05).
(Anmerkung zur Abbildung) Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Malzsorten (P<0,05). Wie unten.
Abb. 1 Kolbach-Indizes der verschiedenen Malzsorten
2.1.2 Verzuckerungsleistung verschiedener Malzsorten
Die Verzuckerungskraft wird auch als Stärke verzuckernde Enzymaktivität bezeichnet. Je höher die Stärke verzuckernde Enzymaktivität, desto höher der Wert der Verzuckerungskraft und desto besser die Malzqualität [19]. Die Verzuckerungsleistung von Malz wird in Windisch-Kolbach (WK)-Einheiten ausgedrückt: Unter Bedingungen von 20 ℃ und einem pH-Wert von 4,3 bauen 100 g wasserfreies Malz 30 Minuten lang lösliche Stärke ab, um 1 g Maltose zu erzeugen, was 1 WK entspricht. Gemäß der Analysemethode in QB/T 1686-2008 „Biermalz“ lag die Verzuckerungsleistung der drei Malzproben bei 357 WK, 414 WK bzw. 392 WK, alle deutlich über dem Premium-Standard (>260 WK), und es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen den drei Proben (P>0,05).
Abb. 2 Verzuckerungsleistung verschiedener Malzsorten
2.1.3 Extraktionsrate und α-Aminosäure-Stickstoff verschiedener Malzsorten
Die Malzextraktionsrate spiegelt in gewissem Maße den Verlust von Substanzen während des Keimungsprozesses der Gerste wider. Nach der Analysemethode der QB/T 1686-2008 „Biermalz“ werden die gemessenen Ergebnisse der Extraktionsrate verschiedener Malzsorten in Abb. gezeigt. 3. Aus Abb. 3 geht hervor, dass der Extraktionsgrad von Ger Malz (in Trockenmasse) ≥79% beträgt und damit zu den hellen Premium Malzen gehört; der Extraktionsgrad von Can Malz (in Trockenmasse) beträgt ≥77% und gehört damit zur ersten Klasse; der Extraktionsgrad von Eng Malz (in Trockenmasse) beträgt ≥75% und gehört damit zur zweiten Klasse.
Abb. 3 Extraktionsrate und α-Aminosäure-Stickstoffgehalt verschiedener Malzsorten
Der α-Aminosäurestickstoff spiegelt den Abbaugrad des Malzproteins und die Aktivität der proteolytischen Enzyme wider und bestimmt die Menge des freien Aminostickstoffs in der Würze während des Mälzungsprozesses. In der Regel erfordert die industrielle Produktion, dass der α-Aminosäure-Stickstoffgehalt in der Würze während der Gärung ≥160 mg/L beträgt, und es ist angemessen, ihn auf etwa 180～220 mg/L zu kontrollieren. Aus Abb. 3 geht hervor, dass unter den verschiedenen Malzproben der α-Aminosäurestickstoffgehalt von Ger Malz relativ moderat ist (186 mg/L), während die α-Aminosäurestickstoffgehalte von Eng und Can Malz mit 125 mg/L bzw. 118 mg/L relativ niedrig sind.
2.2 Auswirkung der Malzsorten auf die physikochemischen Indizes der Biergärflüssigkeit
2.2.1 Einfluss der Malzsorten auf den Alkoholgehalt und die Stammwürzekonzentration der Biergärflüssigkeit
Vergleichen Sie den Alkoholgehalt und die Stammwürzekonzentration von Bier, das mit drei verschiedenen Malzsorten gebraut wurde. Die Ergebnisse sind in Abb. dargestellt. 4.
Abb. 4 Auswirkung der verschiedenen Malzsorten auf den Alkoholgehalt und die Stammwürzekonzentration von Lagerbier
Während des Bierbrauens nimmt die Hefe verschiedene vergärbare Zucker in der Würze auf und verstoffwechselt sie, um schließlich Ethanol und CO₂ zu produzieren [20]. Aus Abb. 4 ist ersichtlich, dass unter den drei Malzgärungsprodukten das mit Can-Malz gebraute Bier mit 2,97%vol den höchsten Alkoholgehalt aufweist; das mit Eng-Malz gebraute Bier liegt mit einem Alkoholgehalt von 2,91%vol an zweiter Stelle; der Alkoholgehalt des mit Ger-Malz gebrauten Biers ist signifikant niedriger als der von Eng- und Can-Bieren (2,19%vol) (P<0,05).
Die Stammwürzekonzentration bezieht sich auf den prozentualen Gehalt des Extrakts in der Würze. Je höher der Alkoholgehalt des Biers ist, desto höher ist die Stammwürzekonzentration [21]. Aus Abb. 4 ist ersichtlich, dass die Stammwürzekonzentration von Ger-Bier niedrig ist (7,56 °P), mit stabiler Qualität und guter Lagerfähigkeit; die Stammwürzekonzentrationen von Eng- und Dosenbier sind moderat (8,55 °P bzw. 8,63 °P), mit vollem Körper und besserer Qualität.
2.2.2 Einfluss der Malzsorten auf die tatsächliche Konzentration und den Gärungsgrad der Biergärflüssigkeit
Die Bierkonzentration bezieht sich auf den Massenprozentsatz des Extrakts (Zucker, Aminosäuren und andere lösliche organische und anorganische Stoffe) im Bier oder in der Gärflüssigkeit, einschließlich der tatsächlichen Konzentration und der scheinbaren Konzentration [22]. Die scheinbare Konzentration bezieht sich auf die Konzentration, die durch direkte Messung der Konzentration in der Gärflüssigkeit ermittelt wird; die tatsächliche Konzentration bezieht sich auf die Konzentration, die durch die Destillation von Alkohol aus der Gärflüssigkeit und anschließende Messung der Konzentration ermittelt wird.
Der Gärungsgrad bezieht sich auf den prozentualen Anteil des Würzeextrakts, der von der Hefe verbraucht wird. Als wichtiger Index zur Beurteilung, ob die Gärung normal verläuft, kann er in den scheinbaren Gärungsgrad und den tatsächlichen Gärungsgrad unterteilt werden. Der scheinbare Gärungsgrad wird anhand der scheinbaren Konzentration berechnet, während der tatsächliche Gärungsgrad anhand der tatsächlichen Konzentration berechnet wird (auch realer Gärungsgrad genannt) [23]. Im Allgemeinen ist der scheinbare Gärungsgrad höher als der tatsächliche Gärungsgrad. Vergleichen Sie die Konzentrationen und Gärungsgrade von Bier, das mit drei verschiedenen Malzsorten gebraut wurde, und die Ergebnisse sind in Abb. 5.
Abb. 5 Einfluss verschiedener Malzsorten auf die Konzentration (A) und den Gärungsgrad (B) von Lagerbier
Aus Abb. 5A geht hervor, dass unter den mit drei Malzsorten gebrauten Bieren die tatsächliche Konzentration von Ger-Bier (3,22%) am höchsten ist, was sich signifikant von Eng- und Can-Bier unterscheidet (P<0,05), und dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen Eng- und Can-Bier gibt (P>0,05). Unter den Bieren, die mit drei Malzsorten gebraut wurden, ist die scheinbare Konzentration von Ger-Bier (1,64%) am höchsten und unterscheidet sich nicht signifikant von Eng-Bier (P>0,05), während Can-Bier die niedrigste scheinbare Konzentration aufweist und sich signifikant von den anderen beiden Bieren unterscheidet (P<0,05). Im Vergleich zu Eng- und Ger-Bier hat Can-Bier einen niedrigen Extraktgehalt und einen erfrischenden Geschmack ohne Süße.
Aus Abb. 5B geht hervor, dass unter den Bieren, die mit drei Malzsorten gebraut wurden, die realen Gärungsgrade von Eng- und Can-Bier relativ hoch sind (67,21% bzw. 67,97%) und kein signifikanter Unterschied zwischen ihnen besteht (P>0,05); der reale Gärungsgrad von Ger-Bier ist der niedrigste (57,44%), was mit seiner hohen tatsächlichen Konzentration übereinstimmt (P<0,05). Unter den Bieren, die mit drei Malzsorten gebraut wurden, ist der scheinbare Gärungsgrad von Can-Bier am höchsten (86,41%), gefolgt von Eng-Bier (81,21%) und Ger-Bier am niedrigsten (78,30%), und es besteht ein signifikanter Unterschied zwischen ihnen (P<0,05). Die Ergebnisse zeigen, dass die Hefe im Vergleich zu Eng- und Ger-Malz eine höhere Verwertungsrate des Extrakts in der mit Can-Malz hergestellten Würze hat, was dem Hefewachstum und der Ethanolproduktion förderlich ist und mit den Ergebnissen der Analyse des Alkoholgehalts übereinstimmt.
2.3 Auswirkung der Malzsorten auf die Bieraromastoffe
Aromakomponenten sind Schlüsselfaktoren für die Beurteilung der Bierqualität. In diesem Experiment wurde eine GC-MS-Analyse der mit drei verschiedenen Malzsorten vergorenen Bierproben durchgeführt. Die Ergebnisse der Aromastoffe sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 Gehalt an Aromakomponenten in Bier, das mit verschiedenen Malzsorten vergoren wurde
| Beispiel | Eng Bier relativer Gehalt/% | Eng Bier Standardabweichung | Dosenbier relativer Gehalt/% | Dosenbier Standardabweichung | Ger Bier relativer Gehalt/% | Ger Bier Standardabweichung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Phenethylalkohol | 35.16 | 8.98 | 46.37 | 5.92 | 41.07 | 15.64 |
| Isoamylalkohol | 21.90 | 6.08 | 39.01 | 0.92 | 27.01 | 9.18 |
| Ethanol | 0.20 | 0.25 | 8.41 | 4.22 | 3.62 | 0.79 |
| Isobutanol | 1.44 | 0.49 | 2.11 | 0.15 | 2.03 | 0.81 |
| Octanol | 0.70 | 0.13 | 1.24 | 0.04 | 0.52 | 0.12 |
| 1-Dekanol | 0.57 | 0.22 | 1.09 | 0.29 | 0.17 | 0.07 |
| Linalool | 0.51 | 0.09 | 0.88 | 0.04 | 0.52 | 0.21 |
| trans-Nerolidol | 0.49 | 0.14 | 0.93 | 0.07 | 0.79 | 0.33 |
| Geraniol | 0.24 | 0.04 | – | – | – | – |
| n-Propanol | 0.28 | 0.08 | 0.47 | 0.02 | 0.41 | 0.16 |
| (R)-3,7-Dimethyl-6-octen-1-ol | 0.17 | 0.05 | 0.31 | 0.01 | 0.40 | 0.16 |
| n-Amylalkohol | 0.17 | 0.16 | 0.39 | 0.06 | 0.25 | 0.06 |
| 1-Hexadecanol | 0.10 | 0.01 | 0.27 | 0.04 | 0.27 | 0.10 |
| 3-(Methylthio)-1-propanol | 0.16 | 0.07 | 0.31 | 0.05 | 0.13 | 0.06 |
| 9-Hexadecen-1-ol | 0.10 | 0.06 | 0.33 | 0.03 | 0.05 | 0.02 |
| 1-Butanol | 0.16 | 0.02 | 0.27 | 0.02 | 0.11 | 0.04 |
| Furfurylalkohol | 0.08 | 0.01 | 0.16 | 0.04 | 0.22 | 0.13 |
| 2,3-Butandiol | – | – | 0.14 | 0.03 | – | – |
| Linalool | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.01 | 0.13 | 0.04 |
| 1-Dodekanol | 0.04 | 0.01 | 0.08 | 0.02 | 0.07 | 0.03 |
| n-Butanol | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| 2-Hexadecanol | 0.02 | 0.01 | – | – | 0.02 | 0.01 |
| Nerol | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Benzylalkohol | – | – | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.01 |
| Alkohole gesamt | 62.59 | 16.93 | 102.91 | 11.98 | 77.88 | 27.99 |
| Ethyl-Octanoat | 20.64 | 1.49 | 34.52 | 8.22 | 13.01 | 6.98 |
| Ethylhexanoat | 7.03 | 1.91 | 13.78 | 2.01 | 4.29 | 0.99 |
| Ethylacetat | 3.65 | 0.93 | 7.16 | 0.46 | 4.34 | 1.35 |
| Isoamylacetat | 2.59 | 0.55 | 7.96 | 1.32 | 2.13 | 0.61 |
| Ethylbenzoat | 2.69 | 0.28 | 6.09 | 1.70 | 3.35 | 1.50 |
| Ethylphenylacetat | 1.80 | 0.08 | 4.41 | 1.25 | 5.71 | 3.63 |
| Ethylcaprat (Ethyldecanoat) | 1.14 | 0.26 | 3.62 | 1.20 | 1.53 | 0.66 |
| Ethyl-9-hexadecenoat | 1.57 | 0.76 | 2.15 | 0.85 | 1.12 | 0.86 |
| Ethylbutyrat | 0.42 | 0.11 | 0.77 | 0.06 | 0.29 | 0.06 |
| Ethyllactat | – | – | 0.66 | 0.08 | 0.42 | 0.22 |
| Ethylbutyrat (ölähnlicher Ester) | 0.16 | 0.06 | 0.58 | 0.02 | 0.44 | 0.23 |
| Ethyl-Octadecanoat | 0.10 | 0.03 | 0.26 | 0.00 | 0.18 | 0.06 |
| 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol-diisobutyrat | 0.14 | 0.06 | 0.28 | 0.03 | 0.08 | 0.01 |
| Ethyltetradecanoat | 0.06 | 0.01 | 0.20 | 0.02 | 0.09 | 0.05 |
| Cyclohexylsulfamidsäure-Ester | 0.06 | 0.04 | 0.26 | 0.08 | 0.10 | 0.02 |
| Ethylnonanoat | 0.04 | 0.01 | 0.17 | 0.05 | 0.09 | 0.04 |
| Ethyl-2-hexenoat | 0.06 | 0.01 | 0.12 | 0.01 | 0.10 | 0.05 |
| Isobutylacetat | 0.06 | 0.02 | 0.13 | 0.02 | 0.07 | 0.02 |
| 3-Phenylpropionat-Ethyl | 0.04 | 0.00 | 0.10 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Dimethylphthalat | 0.06 | 0.02 | 0.10 | 0.01 | 0.04 | 0.01 |
| Diethylphthalat | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.03 |
| Diisobutylphthalat | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.04 | 0.01 |
| Ethyl-9-hexadecenoat | 0.02 | 0.01 | 0.10 | 0.03 | 0.06 | 0.02 |
| Propylacetat | 0.04 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Ethylbutyrat | 0.02 | 0.00 | 0.08 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Ethyl Isovalerat | – | – | 0.06 | 0.01 | – | – |
| Ethylacetat | – | – | 0.06 | 0.01 | – | – |
| Ethylphenylacetat | – | – | 0.06 | 0.00 | – | – |
| Methylbenzoat | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Isobutylkaprat | – | – | 0.03 | 0.01 | 0.07 | 0.03 |
| 3-Methylbutyl-2-methylpropanoat | 0.02 | 0.00 | 0.09 | 0.01 | – | – |
| 2-Methylbutyrat-Ethyl | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Ethyl-Linoleat (verzweigt, geradkettig) | 0.01 | 0.00 | 0.05 | 0.01 | – | – |
| Ethylphenylacetat | 0.01 | 0.00 | – | – | 0.02 | 0.01 |
| Methylacetat | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | – | – |
| Amylacetat | – | – | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Ester gesamt | 42.57 | 6.68 | 84.11 | 17.5 | 37.89 | 17.52 |
| Benzaldehyd | 0.19 | 0.05 | 0.43 | 0.07 | 0.29 | 0.14 |
| Acetaldehyd | 0.10 | 0.09 | 0.23 | 0.04 | 0.46 | 0.25 |
| Furfural | 0.05 | 0.01 | 0.22 | 0.03 | 0.20 | 0.08 |
| Valeraldehyd | 0.07 | 0.01 | 0.12 | 0.03 | 0.06 | 0.01 |
| Isovaleraldehyd | – | – | 0.05 | 0.01 | 0.03 | 0.01 |
| 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd | 0.03 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | – | – |
| Hexanal | – | – | 0.03 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| Aldehyde gesamt | 0.44 | 0.17 | 1.13 | 0.18 | 1.06 | 0.49 |
| 2-Oktanon | 0.02 | 0.00 | – | – | 0.22 | 0.28 |
| 4,6-Dimethyl-2-heptanon | 0.05 | 0.01 | 0.06 | 0.01 | 0.07 | 0.02 |
| 4-Methyl-2-heptanon | 0.04 | 0.01 | 0.04 | 0.01 | – | – |
| Aceton | 0.02 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.03 | 0.00 |
| Methyl-Octenon | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| 2-Nonanon | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.00 |
| 2-Hexanon | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Ketone gesamt | 0.16 | 0.02 | 0.19 | 0.03 | 0.36 | 0.30 |
| Capronsäure | 32.16 | 5.44 | 66.03 | 9.41 | 46.23 | 15.99 |
| Octansäure | 5.75 | 1.32 | 10.51 | 2.61 | 23.20 | 9.54 |
| Hexansäure | 2.55 | 0.48 | 5.04 | 0.73 | 3.20 | 0.93 |
| 9-Decensäure | 3.32 | 1.40 | 0.78 | 0.84 | 4.33 | 1.78 |
| Essigsäure | 0.50 | 0.13 | 0.96 | 0.12 | 0.69 | 0.27 |
| 2-Methylbuttersäure | – | – | 0.16 | 0.07 | 0.25 | 0.09 |
| Buttersäure | 0.11 | 0.06 | – | – | 0.06 | 0.03 |
| Isobuttersäure | 0.02 | 0.00 | – | – | 0.12 | 0.04 |
| Valeriansäure | – | – | – | – | 0.04 | 0.01 |
| Säuren gesamt | 44.41 | 8.83 | 83.48 | 13.78 | 78.12 | 28.68 |
Hinweis: „-“ bedeutet nicht erkannt.
Wie Sie aus Tabelle 1 ersehen können, sind die Arten der flüchtigen Aromastoffe in den drei Bierproben im Allgemeinen ähnlich. Insgesamt wurden 82 Aromastoffe nachgewiesen, darunter 35 Alkohole, 24 Ester, 9 Säuren, 7 Aldehyde und 7 Ketone. Davon wurden 71, 75 bzw. 73 Aromastoffe in Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier nachgewiesen, und der relative Gesamtgehalt an flüchtigen Aromakomponenten betrug 150,17%, 271,82% bzw. 195,31%.
In den drei Bieren wurden insgesamt 24 Alkoholstoffe nachgewiesen. In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier wurden jeweils 22 Alkoholsubstanzen nachgewiesen, von denen 20 Alkohole gemeinsam waren. Der relative Gesamtgehalt an Alkoholen betrug 62,59%, 102,91% bzw. 77,88%, was 41,68%, 37,86% bzw. 39,88% der gesamten Aromastoffe der entsprechenden Bierproben ausmacht. Zu den wichtigsten alkoholischen Substanzen gehören Phenethylalkohol, Isoamylalkohol, Ethanol, Isobutanol, usw. Die Alkohole stammen zum einen aus dem Hefestoffwechsel während der Gärung und zum anderen aus der Zersetzung von Zucker und Esterstoffen in der Würze usw. [24]. Die Gärungsergebnisse der verschiedenen Malzsorten zeigten, dass Phenethylalkohol und Isoamylalkohol die höchsten Gehalte in den drei Bierproben aufwiesen, und die Gehalte der beiden machten 82,97%-91,16% des Gesamtalkoholgehalts aus.
Als wichtiger Bestandteil der höheren Alkohole im Bier verleihen Phenethylalkohol und Isoamylalkohol alkoholischen Getränken ein volles Aroma und einen vollen Geschmack, erhöhen die Harmonie des Weins und bilden das Hauptaroma des Bierkörpers. Phenethylalkohol wird hauptsächlich aus Phenylalanin über den Ehrlich-Weg unter der Einwirkung von Aminotransferase, Decarboxylase und Dehydrogenase synthetisiert [25] und stammt aus der Malzspelze und nicht aus dem Endosperm oder der ganzen Gerste [26]. Von den drei Bierproben war der relative Gehalt an Phenethylalkohol in der Can-Probe am höchsten (46,37%), gefolgt von der Ger-Probe (41,07%) und am niedrigsten in der Eng-Probe (35,16%). Butanol, ein höherer Alkohol, verleiht dem Bierkörper einen starken, scharfen Geschmack [27]. Im Vergleich zu den anderen Bierproben war der relative Gehalt an Isobutanol in der Eng-Probe am niedrigsten, was einen relativ geringen Einfluss auf den Biergeschmack hat. Höhere Alkohole sind Vorläufersubstanzen bestimmter Esterverbindungen und erhöhen die Arten von Estern, die während der Biergärung gebildet werden, was eine wichtige Rolle für den Biergeschmack spielt und die sensorische Qualität von Bier verbessern kann [28]. Dosenbier hat einen hohen relativen Gehalt an Esterverbindungen, und kanadisches Malz eignet sich besser zum Brauen von Bier mit höherem Alkoholgehalt.
2.3.2 Vergleichende Analyse von Ester-Substanzen
Geeignete flüchtige Esterverbindungen bereichern nicht nur die Geschmacks- und Aromakoordination des Bieres, sondern haben auch eine gewisse maskierende Wirkung auf die Alterungsstoffe des Bieres [29]. In den drei Bierproben wurden insgesamt 35 Esterstoffe nachgewiesen, hauptsächlich Ethyloctanoat, Ethylhexanoat, Ethylacetat usw. In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier wurden 30, 34 bzw. 30 Ester nachgewiesen, von denen 26 Ester häufig vorkamen. Die relativen Gehalte der gesamten Ester betrugen 42,57%, 84,11% bzw. 37,89%, was 28,35%, 30,94% und 19,40% der gesamten Aromastoffe der entsprechenden Bierproben ausmacht.
Flüchtige Ester sind wichtige Geschmacksstoffe im Bier und auch der Hauptträger des Bieraromas [30]. Angemessene Mengen an Estern verleihen dem Bier blumige und fruchtige Aromen und machen den Geschmack harmonisch [31]. Unter ihnen sind Ethyloctanoat, Ethylhexanoat, Ethylacetat und Isoamylacetat typische Esterstoffe in Bier [32]. In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier war die relative Konzentration von Ethyloctanoat mit 48,48%, 41,04% bzw. 34,34% der gesamten Ester am höchsten und verlieh dem Bierkörper ein süßes und weiches Aroma. Gleichzeitig haben Ethylhexanoat mit einem Ananas- und Apfelaroma, Ethylacetat mit einem süßen Aroma und Isoamylacetat mit einem Bananenaroma relativ hohe Gehalte, die dem Bier ein reichhaltiges Fruchtaroma verleihen [33].
Dosenbier hat den höchsten relativen Gesamtgehalt an Estern und die reichhaltigsten Estertypen. Gleichzeitig enthält es Ethylacetat mit einer relativ hohen Konzentration, das fruchtige Apfel- und Pfirsicharomen und einen angenehmen Duft aufweist und die Reizbarkeit von Phenethylalkohol im Bier angemessen abmildern kann.
Ester und Alkohole sind die wichtigsten Bestandteile der Bieraromastoffe. Ein hoher relativer Estergehalt oder ein geeignetes Verhältnis von Estern zu Alkoholen verleiht dem Bier ein reichhaltigeres Aroma, während ein hoher Alkoholgehalt Kopfschmerzen wirksam lindern kann und das Verhältnis von Estern zu Alkoholen eine wichtige Grundlage für die Bewertung von Biergeschmackspunkten ist [34]. Im Allgemeinen ist ein Ester-Alkohol-Verhältnis von 3～4 ideal, aber gegenwärtig tendieren die meisten Biere zu einem niedrigeren Wert [35].
Die Ergebnisse des Ester-Alkohol-Verhältnisses in den drei Bierproben sind in Tabelle 2 dargestellt. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist das Ester-Alkohol-Verhältnis von Ger-Bier mit 2～3 am höchsten, während die Ester-Alkohol-Verhältnisse der beiden anderen Bierproben beide zwischen 1～2 liegen. Es zeigt sich also, dass die verschiedenen Malzsorten immer noch große Unterschiede im Ester-Alkohol-Verhältnis des gebrauten Bieres aufweisen.
Tabelle 2 Auswirkung der verschiedenen Malzsorten auf das Verhältnis von Alkoholen zu Estern
| Probe | Alkohole gesamt | Ester gesamt | Verhältnis von Alkoholen zu Estern |
|---|---|---|---|
| Eng Bier | 62.59 | 42.57 | 1.47 |
| Dosenbier | 102.91 | 84.11 | 1.22 |
| Ger Bier | 77.88 | 37.89 | 2.06 |
2.3.3 Vergleichende Analyse von Aldehydsubstanzen
Aldehyde sind die Hauptklasse der Alterungsverbindungen in Bier. Aldehydverbindungen in frischem Bier werden hauptsächlich beim Kochen oder Filtrieren der Würze gebildet. Mit zunehmender Lagerdauer nimmt der Gehalt an Aldehydverbindungen im Bier allmählich zu und führt schließlich zu einer Instabilität und Verschlechterung des Biergeschmacks [36]. In den drei Bierproben wurden insgesamt 7 Aldehydstoffe nachgewiesen, darunter Benzaldehyd (Bittermandel-, Kirsch- und坚果-Aromen), Acetaldehyd (Aroma von grünem Gras) usw. In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier wurden 5, 7 bzw. 6 Aldehyde nachgewiesen, von denen 4 Aldehyde häufig vorkamen. Die relativen Gehalte der gesamten Aldehyde betrugen 0,44%, 1,13% bzw. 1,06%, was 0,29%, 0,42% bzw. 0,54% der gesamten Aromakomponenten ausmacht.
Benzaldehyd ist das schwerflüchtige Aldehyd mit dem höchsten Gehalt in Bier, das ein bitteres, nussiges Aroma hat [37]. Der relative Gehalt an Benzaldehyd in der Can-Probe (0,43%) war deutlich höher als der in anderen Bierproben. Das bei der Gärung gebildete Benzaldehyd verleiht der Bierprobe einen grün-grasigen Geschmack und verkürzt die Haltbarkeit. Der Ethanol-Gehalt der Ger-Probe, die eine wichtige Aromakomponente des Bieres darstellt, ist deutlich höher als der anderer Bierproben und führt zu einem ausgeprägten Rohwürzegeschmack.
Unter den drei Bierproben ist der relative Gehalt an Aldehyd-Aromastoffen in Eng-Bier relativ niedrig; der relative Gehalt an Aldehyd-Aromastoffen in Can-Bier ist am höchsten, und die Gesamtmenge an Aldehyden ist am höchsten, wobei die Typizität von Bier erhalten bleibt; die Ger-Probe hat im Vergleich zur Can-Probe einen relativ niedrigen Gehalt an Aldehyd-Aromastoffen, aber der prozentuale Anteil dieser Probe an den gesamten Aromakomponenten ist am höchsten.
2.3.4 Vergleichende Analyse von Ketonstoffen
In den drei Bierproben wurden insgesamt 7 Ketonkörper nachgewiesen. In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier wurden 6, 7 bzw. 6 Ketonstoffe nachgewiesen, von denen 5 Ketone häufig vorkamen. Der relative Gesamtgehalt an Ketonen betrug 0,16%, 0,19% bzw. 0,36%, was 0,11%, 0,07% und 0,18% der gesamten Aromakomponenten ausmacht.
Unter den drei Bierproben weist die Eng-Probe die reichsten Arten von Keton-Aromastoffen auf, die Ger-Probe hat den höchsten relativen Gehalt an Keton-Aromastoffen. Obwohl es keinen signifikanten Unterschied im Ketongehalt gibt, ist der relative Gehalt in der Ger-Probe am höchsten (0,22%), was der Bierprobe ein starkes „fermentiertes Aroma, Aroma von gekochtem Reis“ verleiht und von den Aromen von Milch, Käse und Pilzen begleitet wird, während in Can-Bier keine Ketone nachgewiesen werden konnten.
2.3.5 Vergleichende Analyse der sauren Substanzen
In den drei Bierproben wurden 9 saure Substanzen wie Capronsäure, Oktansäure und Hexansäure nachgewiesen. In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier wurden 7, 6 bzw. 9 saure Substanzen nachgewiesen, von denen 5 Säuren häufig vorkamen. Der relative Gesamtgehalt an Säuren betrug 44,41%, 83,48% und 13,78%, was 29,56%, 30,70% und 39,99% der gesamten Aromakomponenten ausmacht.
In Eng-Bier, Dosenbier und Ger-Bier war der relative Gehalt an Capronsäure mit 72,42%, 79,10% bzw. 59,18% der Gesamtsäuren am höchsten; an zweiter Stelle stand die Oktansäure mit 12,95%, 12,59% bzw. 29,70% der Gesamtsäuren. Beide sind repräsentative Substanzen für den „sauren Beigeschmack“ im Bier. Sie bilden leicht einen ranzigen Geruch im Bierkörper, was zu einer Verschlechterung der Bierqualität führt. Der relative Gehalt an Capronsäure in der Can-Probe (66,03%) und der relative Gehalt an Octansäure in der Ger-Probe (23,20%) sind deutlich höher als in anderen Bierproben. Gleichzeitig wurde in allen drei Bierproben Hexansäure nachgewiesen, wobei die Can-Probe den höchsten relativen Gehalt (5,04%) aufweist, die leicht einen bitteren, adstringierenden Nebengeschmack des Bierkörpers bildet und den Säuregehalt des Bierkörpers erhöht. Die Gesamtsäuregehalte der Can- und Ger-Proben sind mehr als doppelt so hoch wie die der Eng-Probe, was beweist, dass Unterschiede in den Rohstoffen während des Brauprozesses direkt zu erheblichen Unterschieden im Gehalt an freien Fettsäuren im fertigen Bier führen.
Die Ergebnisse der umfassenden Analyse der Aromakomponenten zeigen, dass Phenethylalkohol (Rosenaroma), Isoamylalkohol (süßes Aroma), Ethyloctanoat (weiches Aroma) und Ethylhexanoat (Ananas- und Apfelaroma) die Hauptbestandteile des Bierkörperaromas sind. Im Vergleich zu anderen Bierproben weist die Can-Probe die reichsten Arten von Aromastoffen (75 Arten), den höchsten relativen Gehalt (271,82%), die reichsten Aromatypen und einen weichen und runden Bierkörper auf. Insbesondere der Gesamtalkohol- und der Gesamtestergehalt sind hoch, das Aroma des Bierkörpers ist komplex, weich und harmonisch, was ein weiterer Beweis dafür ist, dass kanadisches Malz für das Brauen von Lagerbier besser geeignet ist als andere Malze.
3 Schlussfolgerungen
In dieser Studie wurden der Würzeextrakt, der α-Aminosäurestickstoff, die Verzuckerungskraft, der Kolbach-Index und andere Qualitätsindizes von drei verschiedenen Malzsorten sowie der Alkoholgehalt, die Stammwürzekonzentration, der tatsächliche Extrakt, der scheinbare Extrakt und andere physikochemische Indizes der gebrauten Biere gemessen, Die Ergebnisse zeigten, dass kanadisches Malz im Vergleich zu britischem und deutschem Malz einen moderaten Kolbach-Index (45%) und Extraktgehalt (≥77%), eine höhere Verzuckerungsleistung (414 WK) und einen relativ niedrigen α-Aminosäure-Stickstoffgehalt (118 mg/L) aufwies; In der Zwischenzeit waren die physikochemischen Indizes des mit kanadischem Malz gebrauten Biers moderat (Alkoholgehalt 2.97%vol, Stammwürzekonzentration 8,63 °P), mit niedrigerem Extrakt (echter Extrakt 2,76%, scheinbarer Extrakt 1,17%) und höherem Gärungsgrad (echter Gärungsgrad 67,97%, scheinbarer Gärungsgrad 86,41%). Schließlich wurde festgestellt, dass kanadisches Malz für das Brauen von Lagerbier in dem im Labor simulierten System besser geeignet ist als andere Malze.
Referenzen
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- Alex Chen
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