Introduction

La fraîcheur de la bière est un attribut de qualité qui préoccupe beaucoup les consommateurs et un indicateur clé pour les grandes brasseries. Étant donné que les brasseries chinoises adoptent largement  Grâce à la technologie de la gravité élevée et de l’addition élevée, le corps de la bière devient de plus en plus léger et rafraîchissant, ce qui affaiblit l’effet de masquage des arômes de vieillissement et met davantage en évidence les questions de fraîcheur.

La recherche systématique sur le vieillissement de la bière remonte aux années 1960. Les mécanismes de vieillissement actuellement reconnus sont principalement les suivants

• Oxydation des lipides
• Dégradation des acides aminés
• Oxydation des alcools supérieurs
• Réaction de Maillard
• Estérification et lactonisation

En général, les substances vieillissantes existent en dessous de leur seuil sensoriel, mais l’action combinée de plusieurs composés peut conduire à la perception d’une saveur vieillie.

Dans cette étude, les substances vieillissantes détectables sont définies comme suit des indicateurs de vieillissement, dont les variations de concentration sont en corrélation avec l’intensité de la saveur de vieillissement et peuvent indiquer le degré de vieillissement de la bière. En fonction des mécanismes de vieillissement et des rôles indicatifs, ces composés peuvent être classés dans les catégories suivantes :

• Indicateurs de charge d’oxygène
• Indicateurs de charge thermique
• Indicateurs d’oxydation des lipides

Ils sont utilisés pour évaluer l’exposition à l’oxygène, le stress thermique et la fraîcheur de la matière première pendant le brassage.

Les recherches antérieures se sont principalement concentrées sur

• Méthodes de détection des composés vieillissants
• Changements au cours du stockage de la bière finie

Les études sur les changements survenant au cours du processus de brassage lui-même restent limitées. Grâce à des recherches plus approfondies, le déplacement de l’enquête plus tôt dans le processus de brassage est devenu une orientation majeure de la recherche sur le contrôle de la fraîcheur dans le monde entier. Cependant, la plupart des études rapportées sont basées sur la bière blonde, tandis que les recherches sur les bières légères brassées avec de la levure domestique font encore défaut.

C’est pourquoi ce travail a sélectionné 18 composés de vieillissement représentatifs ayant différents rôles indicatifs ont été retenus comme cibles de recherche. Sur la base de méthodes de détection établies, les tendances de leur variation au cours du processus de brassage ont été étudiées.

Matériels et méthodes

1. Matériaux et instruments

Les composés liés au vieillissement qui ont été analysés sont les suivants :

• Aldéhydes : 2-méthylpropanal, 2-méthylbutanal, 3-méthylbutanal, pentanal, hexanal, furfural, méthional, phénylacétaldéhyde, trans-2-nonenal
• Autres indicateurs de vieillissement : éther éthylique de furfuryle, acétylfurane, méthylfurfural, benzaldéhyde, nicotinate d’éthyle, acétate de phénéthyle, acétate de phénéthyle (double OCR), γ-nonalactone, β-damascénone.

Réactifs et matériel inclus :

• Éthanol (qualité chromatographique, Merck, Allemagne)
• Système d’eau ultra-pure (Millipore, Allemagne)
• Échantillonneur automatique pour la microextraction en phase solide (CTC, Suisse)
• Fibres SPME (Supelco, USA)
• Système GC-MS (PerkinElmer, États-Unis)
• Colonne capillaire DB-5MS (Agilent, USA)

2. Méthodes de détermination

2.1 Détection des aldéhydes vieillissants

Points d’échantillonnage pendant le brassage :

• Mouton froid
• Réservoir plein après le levurage
• Fermentation principale
• Post-fermentation
• Entreposage frigorifique
• Bière finie

Détection par dérivatisation sur fibre SPME-GC-MS.

Conditions clés :

• Gaz porteur hélium
• Injection sans fractionnement
• Augmentation de température programmée
• Ionisation des électrons (70 eV)
• Analyse qualitative à balayage complet + analyse quantitative par ions sélectionnés
• Étalonnage externe de l’étalon à l’aide de la matrice de bière

2.2 Détection intégrée des indicateurs de vieillissement non aldéhydiques

Composés inclus :

• Éther éthylique de furfuryle
• Acétylfurane
• Méthylfurfural
• Benzaldéhyde
• Nicotinate d’éthyle
• Acétate de phényle
• γ-Nonalactone
• β-Damascenone

Ils représentent différentes voies de réaction du vieillissement. La détection a également utilisé  Extraction de l’espace de tête SPME-GC-MS, avec des conditions chromatographiques et spectrométriques de masse similaires. La quantification a fait appel à un étalonnage standard externe avec des ions spécifiques aux composés.

2 Résultats et analyse

2.1 Tendance à la variation des aldéhydes de vieillissement au cours du brassage

En suivant le processus de brassage industriel, les teneurs en aldéhydes vieillissants dans l’eau :

• moût froid
• cuve pleine après levurage
• fermentation principale
• post-fermentation
• entrepôt frigorifique
• bière finie

ont été analysés.

Les conditions de brassage étaient les suivantes :

• Gravité du moût : 13 °P
• Taux d’ensemencement de la levure : 1,0 × 10⁷ cellules/mL
• Fermentation principale : 10 jours
• Post-fermentation : 12 jours
• Stockage au froid : 13 jours
• Bière finie obtenue après dilution de la bière conservée à froid à 8 °P

La comparaison des aldéhydes entre le moût froid et les échantillons en cuve pleine est présentée dans le tableau suivant Figure 1, tandis que la variation au cours de la fermentation est illustrée dans la figure 1. Figure 2. Le tableau de la page 3 montre que les aldéhydes diminuent fortement immédiatement après le levurage et restent à des niveaux très bas tout au long de la fermentation.

Les aldéhydes sont des produits de dégradation des acides aminés et sont généralement considérés comme des les indicateurs de charge d’oxygène pendant le stockage. Ils peuvent se former pendant :

• touraillage du malt
• empâtage
• ébullition du moût
• stérilisation
• stockage

Ils peuvent également être générés dans la bière finie par l’oxydation des alcools supérieurs.

Par rapport au moût, tous les aldéhydes ont diminué jusqu’à atteindre des niveaux extrêmement faibles à l’étape de la fermentation. stade du plein. Par exemple:

• 2-méthylpropanal
• 2-méthylbutanal
• 3-méthylbutanal
• méthional
• phénylacétaldéhyde

ont tous chuté de manière significative après le levurage.

Les aldéhydes insaturés tels que :

• trans-2-nonénal
• hexanal
• pentanal

proviennent de dégradation des acides gras insaturés et sont couramment utilisés comme les indicateurs de fraîcheur des matières premières. Ces composés peuvent augmenter au cours du stockage de la bière en raison de l’oxydation enzymatique et non enzymatique des lipides.

Le furfural, formé par des réactions entre des acides aminés et des sucres réducteurs à haute température, est typiquement un indicateur de charge thermique pendant le brassage. Sa teneur a diminué de manière significative entre le moût froid et le stade de la cuve pleine, et les aldéhydes totaux ont également diminué de manière significative.

La forte diminution des aldéhydes après le levurage est principalement due à la réduction par la levure des aldéhydes en alcools correspondants au début de la fermentation. Au cours des autres étapes de la fermentation, les niveaux d’aldéhydes sont restés faibles, avec seulement de légères augmentations causées par l’emballage et la stérilisation avant la formation finale de la bière.

La vitalité de la levure et les caractéristiques de la souche jouent donc un rôle décisif dans les niveaux d’aldéhydes et la fraîcheur générale de la bière. Outre sa capacité de réduction, la levure apporte également des antioxydants endogènes tels que :

• dioxyde de soufre
• glutathion
• protéines thiols

et peut absorber des ions métalliques pro-oxydants comme le fer et le cuivre.

2.2 Tendance à la variation des indicateurs de vieillissement détectés par la méthode intégrée

La variation des indicateurs de vieillissement non aldéhydiques au cours du même processus de brassage est illustrée dans le tableau suivant La figure 3 de la page 3, qui présente les courbes de concentration en fonction des étapes de la fermentation, montre que certains indicateurs de vieillissement liés à l’arôme augmentent sensiblement au cours de la fermentation. Le diagramme indique que certains indicateurs de vieillissement liés à la saveur augmentent de façon marquée au cours de la fermentation.

L’acétate de phényle a fortement augmenté au cours de la fermentation en raison de l’augmentation des niveaux d’alcool :

• acide acétique
• alcool phénylique

Son arôme fruité représente un La saveur de fraîcheur est positive dans la bière. Après avoir atteint un pic en chambre froide, il a légèrement diminué dans la bière finie.

La γ-Nonalactone, un composé lactonique à l’arôme de noix de coco, augmente également de manière significative au cours de la fermentation en raison du métabolisme des acides gras de la levure. Bien qu’elle ne soit pas désagréable en soi, sa douceur peut réduire la perception de la fraîcheur et sert donc d’indicateur de vieillissement. Les effets synergiques entre la γ-nonalactone et le trans-2-nonenal peuvent intensifier l’arôme de vieillissement.

La β-damascénone, un composé carbonyl dérivé des caroténoïdes à l’arôme fruité, a légèrement augmenté pendant la fermentation et on sait qu’elle augmente encore pendant le stockage de la bière.

Le benzaldéhyde et le méthylfurfural ont d’abord diminué en raison de la réduction des levures, mais ils ont de nouveau augmenté lors de la stérilisation à haute température dans l’emballage.

D’autres composés, notamment

• éther éthylique de furfuryle
• acétylfurane
• esters d’acétate de phényle (traces)

n’ont connu que des fluctuations mineures sans tendance claire. Le nicotinate d’éthyle a légèrement augmenté. Les levures ne peuvent pas métaboliser l’éther éthylique de furfuryle ; par conséquent, l’ajout de levures peut réduire les arômes de vieillissement de type carton, mais ne peut pas éliminer les notes de type solvant de ce composé.

L’acétylfurane, produit de la réaction de Maillard, augmente généralement au cours du stockage et reflète la charge thermique, bien que le changement de sa concentration au cours du brassage ne soit pas évident.

Modifications supplémentaires des composés liés au vieillissement au cours de la fermentation

Pendant la fermentation, La β-damascénone a montré une légère augmentation, passant d’une concentration initiale plus faible à un niveau plus élevé dans la bière finie. Ce composé appartient aux composés carbonylés dérivés des caroténoïdes et présente un arôme fruité ; on sait que sa teneur augmente encore pendant le stockage de la bière.

Benzaldéhyde et le méthylfurfural sont également des composés aldéhydiques. Comme pour les autres aldéhydes, leurs concentrations ont diminué au début de la fermentation en raison de la réduction des levures. Toutefois, au cours de la phase d’emballage menant à la bière finie, la stérilisation à haute température a entraîné une augmentation significative du méthylfurfural.

Éther éthylique de furfuryle, acétylfurane, et Les esters d’acétate de phényle n’ont montré que de légères fluctuations au cours de la fermentation, sans tendance claire de variation. Le nicotinate d’éthyle a connu une légère augmentation. L’éther éthylique de furfuryle a lui-même une odeur de solvant, et les expériences ont confirmé que la levure n’a pas la capacité de transformer ce composé. Par conséquent, bien que l’ajout de levure puisse améliorer considérablement les arômes de vieillissement de type carton (tels que le trans-2-nonenal), il ne peut pas éliminer la note de solvant causée par l’éther éthylique de furfuryle.

Le nicotinate d’éthyle et l’acétate d’éthyle appartiennent tous deux aux esters éthyliques. Leurs concentrations sont relativement faibles pendant la fermentation, mais peuvent augmenter de manière significative pendant le stockage en raison de la présence d’éthanol en abondance.  L’acétylfurane, un produit de la réaction de Maillard, augmente progressivement pendant le stockage de la bière et est directement lié à la charge thermique ; cependant, en raison de sa faible concentration, sa tendance au changement pendant le brassage n’est pas évidente.

Interprétation globale des effets de la fermentation sur les indicateurs de vieillissement

En résumé, le processus de fermentation de la bière est caractérisé par :

• Réduction poussée des aldéhydes par les levures, et
• Formation simultanée d’indicateurs de vieillissement actifs sur le plan gustatif, tels que
  • acétate de phényle
  • β-damascenone
  • γ-nonalactone

La capacité de la levure à réduire les aldéhydes dépend des éléments suivants caractéristiques de la souche. Sous des contraintes industrielles fixes,  La vitalité et l’état physiologique de la levure sont directement déterminants :

• capacité de réduction des aldéhydes
• potentiel redox de la bière finie

Dans le contrôle de la fraîcheur de la bière, en plus de la réduction :

• charge d’oxygène
• charge thermique
• teneur en ions de métaux de transition

la gestion des levures est un autre facteur de régulation essentiel. Toute opération affectant la vitalité de la levure aura une influence :

• capacité de réduction des aldéhydes
• la production d’antioxydants endogènes
• formation de composés aromatiques alcool-esters

Une mauvaise gestion de la levure peut même conduire à une autolyse de la levure, qui se libère :

• les ions de fer et de cuivre (facteurs pro-oxydants)
• acides gras (précurseurs du vieillissement)

qui accélèrent le vieillissement de la bière.

Conclusion

Cette étude a utilisé une méthode de détection GC-MS développée dans notre laboratoire pour suivre la variation de 18 composés liés au vieillissement pendant le brassage industriel et a clarifié leurs tendances de changement tout au long du processus.

Les résultats ont démontré que :

1. La levure présente une forte capacité de réduction
   • Les aldéhydes présents dans le moût sont fortement réduits au début de la fermentation.
   • Leurs niveaux restent pratiquement inchangés au cours de la fermentation suivante
   • La vitalité de la souche de levure influence de manière décisive la distribution des aldéhydes dans la bière finie
2. L’acétate de phényle, un composé représentatif de l’arôme de fraîcheur,
   • Est produit en grandes quantités lors de la fermentation
3. γ-Nonalactone et β-damascenone,
   • En tant que produits métaboliques de la levure, ils augmentent considérablement au cours de la fermentation.
4. D’autres composés détectés, tels que l’éther éthylique de furfuryle
   • Ne présentent pas de schéma de variation clair

Dans l’ensemble, l’étude identifie l’influence critique de la levure sur les indicateurs de vieillissement de la bière et clarifie l’importance de renforcer la gestion de la levure, apportant ainsi un soutien solide au contrôle de la fraîcheur dans la production industrielle de bière.

Les références

Yin, H., Tian, Y., Hao, J. et Dong, J. (2013). Changements de 18 composés indicateurs de vieillissement pendant la fermentation de la bière. Beer Science and Technology, 34(1), xx-xx.