Пиво, наряду с Хуанцзю и виноградным вином, известно как три основных алкогольных напитка в мире, и его жизненный цикл длится уже тысячи лет. С развитием пивной промышленности, из-за различий в процессе варки и производственных штаммах, современное пиво в основном делится на пиво Ale (пиво верхнего брожения) и пиво Lager (пиво нижнего брожения) [2]. По сравнению с пивом Ale, пиво Lager имеет более низкую температуру брожения и более длительный цикл; оно не только обладает нежной и обильной пеной, освежающим и чистым вкусом, но и отличается равномерным качеством и подходит для промышленного производства в промышленных масштабах [3]. Поэтому пиво Lager глубоко любимо потребителями за его легкий и освежающий вкус и стабильное качество, и оно постепенно вытесняет пиво Ale в качестве основного продукта современного промышленного пива. К распространенным летучим ароматическим соединениям в пиве относятся спирты, эфиры, альдегиды, кетоны и т.д. Качество и содержание этих соединений не только определяют вкус и аромат пива, но и в определенной степени влияют на его качество [5]. В последние годы, когда требования потребителей к качеству и вкусу пива становятся все более высокими, вопрос о том, как сохранить и улучшить вкус пива, стал предметом пристального внимания многих производственных предприятий [6].
Солод — это основное сырье для приготовления пива. Являясь «основой» пива, дефекты качества солода напрямую приведут к нарушениям в процессе осахаривания и фильтрации, снижению эффективности производства и увеличению стоимости продукта [7]. Таким образом, состав и качество солода связаны с ароматом и качеством пива. В то же время, в последние годы, с постоянным увеличением объемов производства пива в Китае, качество и выход отечественного солода постепенно снижались, что обострило потребность китайской пивной промышленности в высококачественном сырье [8]. Что касается исследований влияния солода на качество пива, то в настоящее время они в основном сосредоточены на анализе таких компонентов, как β-глюкан и белок [9], или на оптимизации ключевых параметров пивоварения, таких как температура брожения и процесс затирания [10], в то время как исследований, посвященных выбору и контролю сырья для пивоварения на начальном этапе, относительно мало.
Для того чтобы контролировать производство пива с самого начала, с помощью лабораторной системы моделирования брожения пива, в данном исследовании изучалось качество трех различных видов солода и их влияние на качество пива и его вкус. Измеряя такие показатели качества солода, как скорость экстракции, азот α-аминокислот, осахаривающая способность и индекс Колбаха, а также физико-химические показатели сваренного пива, такие как содержание алкоголя и концентрация исходного сусла, и используя твердофазную микроэкстракцию в головном пространстве (HS-SPME) в сочетании с газовой хромато-масс-спектрометрией (GC-MS) для анализа различий в компонентах аромата, в итоге был выбран наиболее подходящий сорт солода для брожения пива, чтобы сварить высококачественное пиво Lager и обеспечить теоретическую основу для его промышленного производства.
1 Материалы и методы
1.1 Материалы и реактивы
1.1.1 Деформация
Пивные дрожжи(Saccharomyces cerevisiae) Lager 497: лабораторный запас.
1.1.2 Химические реактивы
Экстракт дрожжей, пептон, порошок агара (все биохимические реагенты): Bioengineering (Shanghai) Co., Ltd.; безводная глюкоза, йод, йодистый калий (все аналитического качества): Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; 3-октанол (хроматографический сорт): Sigma-Aldrich, США; британский солод (Eng), канадский солод (Can), немецкий солод (Ger) и хмель SAAZ: импортная коммерческая закупка.
1.1.3 Питательная среда
Среда с пептон-декстрозой (yeast extract peptone dextrose, YPD): дрожжевой экстракт 10 г/л, пептон 20 г/л, безводная глюкоза 20 г/л, стерилизовать при 115 ℃ в течение 20 мин.
Среда для сусла: самодельное сусло, стерилизовать при 105 ℃ в течение 10 мин.
1.2 Инструменты и оборудование
Мельница для солода DLEUW22050: Bühler-Miag, Швейцария; сахариметр BGT-8A: Hangzhou BoRi Technology Co., Ltd.; газовая хромато-масс-спектрометрия Trace1310-ISQ LT: Капиллярная колонка TG-WAXMS A (60 м × 0,25 мм × 0,25 мкм), автоматический пробоотборник головного пространства TriPlus RSH, волокно для твердофазной микроэкстракции головного пространства (50/30 мкм DVB/Carboxen/PDMS): Thermo Scientific, США.
1.3 Методы тестирования
1.3.1 Создание лабораторной системы моделирования брожения светлого пива
Взвесьте соответствующее количество солода, добавьте воду для затирания, а после завершения осахаривания отфильтруйте и соберите прозрачное сусло. Кипятите 60 мин, в течение которых добавьте соответствующее количество хмеля. Снова отфильтруйте, отрегулируйте концентрацию сусла, получите прозрачное сусло. Стерилизуйте при 105 ℃ в течение 10 мин, охладите и разлейте по бутылкам.
Активационная культура дрожжей: инокулируйте петлю одной колонии в 1 мл среды сусла, культивируйте при 25 ℃, 220 об/мин в течение 12 ч; перенесите полученную культуру в 9 мл среды сусла, культивируйте при 20 ℃, 220 об/мин в течение 12 ч; затем перенесите 10 мл культуры в 90 мл среды сусла, культивируйте при 15 ℃, 220 об/мин в течение 12 ч. Дайте постоять, возьмите суспензию дрожжевых клеток; инокулируйте в среду сусла в количестве 1×10⁶ КОЕ/мл, затем накройте резиновой пробкой и асептически запечатайте [13].
Лабораторная имитация ферментации: культивируйте в статике при 12 ℃ в течение 8 д. Когда степень сахара при ферментации составит около 4 °Bx, первичная ферментация закончится. Поместите культуру в статическое положение при температуре 4 ℃ на 7 дней; когда в вине не появится явный диацетиловый привкус, ферментация будет завершена [14].
1.3.2 Метод тестирования индекса качества солода
Возьмите соответствующее количество солода и определите такие показатели качества, как степень экстракции, азот α-аминокислот, осахаривающая способность и индекс Колбаха (также называемый значением KI) в соответствии с аналитическим методом, приведенным в стандарте легкой промышленности QB/T 1686-2008 «Пивной солод».
1.3.3 Метод тестирования физико-химического индекса пива
После окончания брожения возьмите образцы для тестирования и определите физико-химические показатели пива, такие как содержание алкоголя и концентрация исходного сусла, в соответствии с национальным стандартом GB/T 4928-2008 «Методы анализа пива».
1.3.4 Метод ГХ-МС для определения ароматических веществ пива
(1) Хроматографические условия:TG-WAXMS A капиллярная колонка (60 м × 0,25 мм × 0,25 мкм), температурная программа: выдержка при 40 ℃ в течение 1 мин, повышение температуры со скоростью 3 ℃/мин до 180 ℃, затем повышение со скоростью 20 ℃/мин до 230 ℃, выдержка в течение 15 мин. Температура испарительной камеры 250 ℃, газ-носитель — высокочистый гелий (чистота >99,99%), расход газа-носителя 1,0 мл/мин, без раздельного впрыска, время задержки растворителя 1 мин.Условия масс-спектрометрии: Режим ионизации EI, температура источника ионов 230 ℃, температура квадруполя 150 ℃, энергия электронов 70 эВ, ток эмиссии 34,6 мкА, температура интерфейса 280 ℃, диапазон сканирования масс 29～500 amu.
(2) Подготовка пробы: наберите 7,5 мл пробы пива в пробирку объемом 20 мл, добавьте 0,5 мл раствора внутреннего стандарта 3-октанола (0,3 мг/л), плотно запечатайте, закройте алюминиевой крышкой. Держите на водяной бане при температуре 60 ℃, экстрагируйте головное пространство в течение 40 минут; втяните волокно, вставьте в инжектор ГХ для десорбции в течение 5 минут [15].
(3) Качественный и количественный анализ
С помощью ГХ-МС-анализа определите хроматограмму суммарных ионов вкусовых веществ в образце пива, используйте поиск стандартной масс-спектральной библиотеки Национального центра биотехнологической информации (National Center of Biotech-nology Information, NIST) 2014 года в сочетании с индексом удерживания (retention index, RI) для квалификации летучих вкусовых компонентов в жидкости брожения, а для количественного анализа используйте метод нормализации площади пика [16].
2 Результаты и анализ
2.1 Основные показатели качества различных видов солода
2.1.1 Индекс Кольбаха для различных видов солода
Индекс Кольбаха пивного солода в основном отражает степень растворения белка солода в процессе солодоращения, и его следует поддерживать на уровне 40%～45% [17-18]. Среди трех различных видов солода индексы Кольбаха солодов Can и Ger были умеренными, 45% и 40% соответственно; в то время как индекс Кольбаха солода Eng был относительно высоким (50%), и между ними наблюдалась значительная разница (P<0.05).
(Примечание к рисунку) Разные буквы указывают на значительные различия между разными солодами (P<0,05). То же ниже.
Рис. 1 Индексы Колбаха для различных видов солода
2.1.2 Осахаривающая способность различных видов солода
Осахаривающая способность также называется активностью фермента, осахаривающего крахмал; чем выше активность фермента, осахаривающего крахмал, тем выше значение осахаривающей способности и тем лучше качество солода [19]. Осахаривающая способность солода выражается в единицах Windisch-Kolbach (WK): в условиях 20 ℃ и pH 4,3 100 г безводного солода разлагают растворимый крахмал в течение 30 минут для получения 1 г мальтозы, что составляет 1 WK. Согласно методу анализа, приведенному в QB/T 1686-2008 «Пивной солод», осахаривающая способность трех образцов солода составила 357 WK, 414 WK и 392 WK соответственно, все они значительно превышали стандарт премиум-класса (>260 WK), и между ними не было существенной разницы (P>0.05).
Рис. 2 Осахаривающая способность различных видов солода
2.1.3 Скорость экстракции и α-аминокислотный азот различных видов солода
Скорость экстрагирования солода в определенной степени отражает потери веществ в процессе прорастания ячменя. В соответствии с методом анализа QB/T 1686-2008 «Пивной солод», результаты измерения скорости экстракции различных видов солода показаны на рис. 3. Из Рис. 3 видно, что степень экстракции солода Ger (в сухой основе) составляет ≥79%, что относится к премиальному светлому солоду; степень экстракции солода Can (в сухой основе) составляет ≥77%, что относится к первому сорту; степень экстракции солода Eng (в сухой основе) составляет ≥75%, что относится ко второму сорту.
Рис. 3 Скорость экстракции и содержание α-аминокислотного азота в различных видах солода
Азот α-аминокислот отражает степень разложения белка солода и активность протеолитических ферментов, а также определяет количество свободного аминоазота в сусле в процессе солодоращения. Как правило, промышленное производство требует, чтобы содержание α-аминокислотного азота в сусле во время ферментации составляло ≥160 мг/л, и целесообразно контролировать его на уровне около 180～220 мг/л. Из Рис. 3 видно, что среди различных образцов солода, за исключением того, что содержание α-аминокислотного азота в солоде Ger относительно умеренное (186 мг/л), содержание α-аминокислотного азота в солодах Eng и Can относительно низкое, 125 мг/л и 118 мг/л соответственно.
2.2 Влияние типов солода на физико-химические показатели жидкости для брожения пива
2.2.1 Влияние типов солода на содержание алкоголя и концентрацию исходного сусла в жидкости для брожения пива
Сравните содержание алкоголя и концентрацию исходного сусла в пиве, сваренном с использованием трех различных видов солода, результаты показаны на рис. 4.
Рис. 4 Влияние различных видов солода на содержание алкоголя и концентрацию исходного сусла в светлом пиве
Во время варки пива дрожжи поглощают и метаболизируют различные ферментируемые сахара в сусле, и в конечном итоге производят этанол и CO₂ [20]. Из Рис. 4 видно, что среди трех продуктов брожения солода пиво, сваренное с использованием солода Can, имеет самое высокое содержание алкоголя — 2,97%vol; пиво, сваренное с использованием солода Eng, занимает второе место с содержанием алкоголя 2,91%vol; содержание алкоголя в пиве, сваренном с использованием солода Ger, значительно ниже, чем в пиве Eng и Can (2,19%vol) (P<0,05).
Концентрация исходного сусла относится к процентному содержанию экстракта в сусле. Чем выше содержание алкоголя в пиве, тем выше концентрация исходного сусла [21]. Из Рис. 4 видно, что концентрация исходного сусла пива Ger низкая (7,56 °P), со стабильным качеством, хорошей хранимостью; концентрация исходного сусла пива Eng и Can умеренная (8,55 °P и 8,63 °P соответственно), с полным телом и лучшим качеством.
2.2.2 Влияние типов солода на фактическую концентрацию и степень брожения жидкости для брожения пива
Концентрация пива — это массовый процент экстракта (сахаров, аминокислот и других растворимых органических и неорганических веществ) в пиве или жидкости для брожения, включая фактическую и кажущуюся концентрацию [22]. Под кажущейся концентрацией понимается концентрация, полученная путем прямого измерения концентрации в жидкости для брожения; под фактической концентрацией понимается концентрация, полученная путем отгонки спирта из жидкости для брожения и последующего измерения концентрации.
Степень ферментации — это процент экстракта сусла, потребляемого дрожжами, и как важный показатель, позволяющий судить о том, что ферментация протекает нормально, она может быть разделена на кажущуюся степень ферментации и реальную степень ферментации. В частности, кажущаяся степень ферментации рассчитывается по кажущейся концентрации, а реальная степень ферментации рассчитывается по фактической концентрации (также называемой реальной степенью ферментации) [23]. Как правило, кажущаяся степень ферментации выше, чем реальная степень ферментации. Сравните концентрацию и степень брожения пива, сваренного с использованием трех различных видов солода, результаты показаны на рис. 5.
Рис. 5 Влияние различных видов солода на концентрацию (A) и степень брожения (B) светлого пива
Из Рис. 5A видно, что среди сортов пива, сваренных с использованием трех видов солода, фактическая концентрация пива Ger (3,22%) является самой высокой, что значительно отличается от Eng и Can (P<0,05), а между Eng и Can нет существенной разницы (P>0,05). Среди сортов пива, сваренных с использованием трех видов солода, кажущаяся концентрация пива Ger (1,64%) является самой высокой, что не имеет существенной разницы с пивом Eng (P>0,05), в то время как пиво Can имеет самую низкую кажущуюся концентрацию, и имеет существенную разницу с двумя другими сортами пива (P<0,05). По сравнению с пивом Eng и Ger, пиво Can имеет низкое содержание экстракта и освежающий вкус без сладости.
Из Рис. 5B видно, что среди пива, сваренного с использованием трех видов солода, реальная степень брожения пива Eng и Can относительно высока — 67,21% и 67,97% соответственно, и между ними нет существенной разницы (P>0,05); реальная степень брожения пива Ger — самая низкая (57,44%), что соответствует его высокой реальной концентрации (P<0,05). Среди сортов пива, сваренных с использованием трех видов солода, кажущаяся степень брожения пива Can самая высокая (86,41%), за ним следует пиво Eng (81,21%), а пиво Ger — самое низкое (78,30%), и между ними существует значительная разница (P<0,05). Результаты показывают, что по сравнению с солодами Eng и Ger дрожжи лучше используют экстракт в сусле, приготовленном из солода Can, что благоприятно для роста дрожжей и производства этанола, и согласуется с результатами анализа содержания алкоголя.
2.3 Влияние типов солода на вкусовые вещества пива
Ароматические компоненты являются ключевыми факторами для оценки качества пива. В этом эксперименте был проведен ГХ-МС анализ образцов пива, сброженного тремя различными видами солода, и результаты определения ароматических веществ приведены в Таблице 1.
Таблица 1 Содержание ароматических компонентов в пиве, сброженном с использованием различных видов солода
| Образец | Относительное содержание английского пива/% | Стандартное отклонение английского пива | Относительное содержание баночного пива/% | Стандартное отклонение для баночного пива | Относительное содержание пива Ger/% | Стандартное отклонение пива Ger |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Фенетиловый спирт | 35.16 | 8.98 | 46.37 | 5.92 | 41.07 | 15.64 |
| Изоамиловый спирт | 21.90 | 6.08 | 39.01 | 0.92 | 27.01 | 9.18 |
| Этанол | 0.20 | 0.25 | 8.41 | 4.22 | 3.62 | 0.79 |
| Изобутанол | 1.44 | 0.49 | 2.11 | 0.15 | 2.03 | 0.81 |
| Октанол | 0.70 | 0.13 | 1.24 | 0.04 | 0.52 | 0.12 |
| 1-Деканол | 0.57 | 0.22 | 1.09 | 0.29 | 0.17 | 0.07 |
| Линалоол | 0.51 | 0.09 | 0.88 | 0.04 | 0.52 | 0.21 |
| транс-Неролидол | 0.49 | 0.14 | 0.93 | 0.07 | 0.79 | 0.33 |
| Гераниол | 0.24 | 0.04 | — | — | — | — |
| н-Пропанол | 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-Амиловый спирт | 0.17 | 0.16 | 0.39 | 0.06 | 0.25 | 0.06 |
| 1-Гексадеканол | 0.10 | 0.01 | 0.27 | 0.04 | 0.27 | 0.10 |
| 3-(Метилтио)-1-пропанол | 0.16 | 0.07 | 0.31 | 0.05 | 0.13 | 0.06 |
| 9-Гексадецен-1-ол | 0.10 | 0.06 | 0.33 | 0.03 | 0.05 | 0.02 |
| 1-Бутанол | 0.16 | 0.02 | 0.27 | 0.02 | 0.11 | 0.04 |
| Фурфуриловый спирт | 0.08 | 0.01 | 0.16 | 0.04 | 0.22 | 0.13 |
| 2,3-Бутандиол | — | — | 0.14 | 0.03 | — | — |
| Линалоол | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.01 | 0.13 | 0.04 |
| 1-Додеканол | 0.04 | 0.01 | 0.08 | 0.02 | 0.07 | 0.03 |
| н-Бутанол | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| 2-Гексадеканол | 0.02 | 0.01 | — | — | 0.02 | 0.01 |
| Nerol | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Бензиловый спирт | — | — | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.01 |
| Общие спирты | 62.59 | 16.93 | 102.91 | 11.98 | 77.88 | 27.99 |
| Этил октаноат | 20.64 | 1.49 | 34.52 | 8.22 | 13.01 | 6.98 |
| Этил гексаноат | 7.03 | 1.91 | 13.78 | 2.01 | 4.29 | 0.99 |
| Этилацетат | 3.65 | 0.93 | 7.16 | 0.46 | 4.34 | 1.35 |
| Изоамилацетат | 2.59 | 0.55 | 7.96 | 1.32 | 2.13 | 0.61 |
| Этилбензоат | 2.69 | 0.28 | 6.09 | 1.70 | 3.35 | 1.50 |
| Этилфенилацетат | 1.80 | 0.08 | 4.41 | 1.25 | 5.71 | 3.63 |
| Этил капрат (этил деканоат) | 1.14 | 0.26 | 3.62 | 1.20 | 1.53 | 0.66 |
| Этил 9-гексадеценоат | 1.57 | 0.76 | 2.15 | 0.85 | 1.12 | 0.86 |
| Этил бутират | 0.42 | 0.11 | 0.77 | 0.06 | 0.29 | 0.06 |
| Этил лактат | — | — | 0.66 | 0.08 | 0.42 | 0.22 |
| Этил бутират (маслоподобный эфир) | 0.16 | 0.06 | 0.58 | 0.02 | 0.44 | 0.23 |
| Этил октадеканоат | 0.10 | 0.03 | 0.26 | 0.00 | 0.18 | 0.06 |
| 2,2,4-Триметил-1,3-пентандиол диизобутират | 0.14 | 0.06 | 0.28 | 0.03 | 0.08 | 0.01 |
| Этил тетрадеканоат | 0.06 | 0.01 | 0.20 | 0.02 | 0.09 | 0.05 |
| Эфир циклогексиловой сульфаминовой кислоты | 0.06 | 0.04 | 0.26 | 0.08 | 0.10 | 0.02 |
| Этил нонаноат | 0.04 | 0.01 | 0.17 | 0.05 | 0.09 | 0.04 |
| Этил 2-гексеноат | 0.06 | 0.01 | 0.12 | 0.01 | 0.10 | 0.05 |
| Изобутилацетат | 0.06 | 0.02 | 0.13 | 0.02 | 0.07 | 0.02 |
| Этил 3-фенилпропионат | 0.04 | 0.00 | 0.10 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Диметилфталат | 0.06 | 0.02 | 0.10 | 0.01 | 0.04 | 0.01 |
| Диэтилфталат | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.03 |
| Диизобутилфталат | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.04 | 0.01 |
| Этил 9-гексадеценоат | 0.02 | 0.01 | 0.10 | 0.03 | 0.06 | 0.02 |
| Пропилацетат | 0.04 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Этил бутират | 0.02 | 0.00 | 0.08 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Этил изовалерат | — | — | 0.06 | 0.01 | — | — |
| Этилацетат | — | — | 0.06 | 0.01 | — | — |
| Этилфенилацетат | — | — | 0.06 | 0.00 | — | — |
| Метилбензоат | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Изобутил капрат | — | — | 0.03 | 0.01 | 0.07 | 0.03 |
| 3-Метилбутил 2-метилпропаноат | 0.02 | 0.00 | 0.09 | 0.01 | — | — |
| Этил 2-метилбутират | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Этил линолеат (с разветвленной прямой цепью) | 0.01 | 0.00 | 0.05 | 0.01 | — | — |
| Этилфенилацетат | 0.01 | 0.00 | — | — | 0.02 | 0.01 |
| Метилацетат | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | — | — |
| Амилацетат | — | — | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Общие эфиры | 42.57 | 6.68 | 84.11 | 17.5 | 37.89 | 17.52 |
| Бензальдегид | 0.19 | 0.05 | 0.43 | 0.07 | 0.29 | 0.14 |
| Ацетальдегид | 0.10 | 0.09 | 0.23 | 0.04 | 0.46 | 0.25 |
| Фурфурол | 0.05 | 0.01 | 0.22 | 0.03 | 0.20 | 0.08 |
| Валеральдегид | 0.07 | 0.01 | 0.12 | 0.03 | 0.06 | 0.01 |
| Изовалеральдегид | — | — | 0.05 | 0.01 | 0.03 | 0.01 |
| 4-гидрокси-3-метоксибензальдегид | 0.03 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | — | — |
| Гексанал | — | — | 0.03 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| Общее количество альдегидов | 0.44 | 0.17 | 1.13 | 0.18 | 1.06 | 0.49 |
| 2-Октанон | 0.02 | 0.00 | — | — | 0.22 | 0.28 |
| 4,6-Диметил-2-гептанон | 0.05 | 0.01 | 0.06 | 0.01 | 0.07 | 0.02 |
| 4-Метил-2-гептанон | 0.04 | 0.01 | 0.04 | 0.01 | — | — |
| Ацетон | 0.02 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.03 | 0.00 |
| Метил октенон | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| 2-нонанон | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.00 |
| 2-Гексанон | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Общее количество кетонов | 0.16 | 0.02 | 0.19 | 0.03 | 0.36 | 0.30 |
| Капроевая кислота | 32.16 | 5.44 | 66.03 | 9.41 | 46.23 | 15.99 |
| Октановая кислота | 5.75 | 1.32 | 10.51 | 2.61 | 23.20 | 9.54 |
| Гексанолевая кислота | 2.55 | 0.48 | 5.04 | 0.73 | 3.20 | 0.93 |
| 9-Декеновая кислота | 3.32 | 1.40 | 0.78 | 0.84 | 4.33 | 1.78 |
| Уксусная кислота | 0.50 | 0.13 | 0.96 | 0.12 | 0.69 | 0.27 |
| 2-метилмасляная кислота | — | — | 0.16 | 0.07 | 0.25 | 0.09 |
| Мускусная кислота | 0.11 | 0.06 | — | — | 0.06 | 0.03 |
| Изомасляная кислота | 0.02 | 0.00 | — | — | 0.12 | 0.04 |
| Валериановая кислота | — | — | — | — | 0.04 | 0.01 |
| Общее количество кислот | 44.41 | 8.83 | 83.48 | 13.78 | 78.12 | 28.68 |
Примечание: «-» означает «не обнаружено».
Как видно из Таблицы 1, типы летучих ароматических веществ в трех образцах пива в целом схожи. Всего было обнаружено 82 ароматических вещества, включая 35 спиртов, 24 эфира, 9 кислот, 7 альдегидов и 7 кетонов. Из них 71, 75 и 73 ароматических вещества были обнаружены в пиве Eng, пиве Can и пиве Ger, соответственно, а общее относительное содержание летучих ароматических компонентов составило 150,17%, 271,82% и 195,31%, соответственно.
В общей сложности в трех сортах пива было обнаружено 24 алкогольных вещества. В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger было обнаружено по 22 спиртовых вещества, из которых 20 спиртов были общими; общее относительное содержание спиртов составило 62,59%, 102,91% и 77,88%, соответственно, что составило 41,68%, 37,86% и 39,88% от общего количества ароматических веществ в соответствующих образцах пива. Среди них основными спиртовыми веществами являются фенэтиловый спирт, изоамиловый спирт, этанол, изобутанол и т.д. Спирты в основном образуются в результате метаболизма дрожжей во время брожения, а также в результате разложения сахаров и эфирных веществ в сусле и т.д. [24]. Результаты брожения различных видов солода показали, что фенэтиловый и изоамиловый спирты имели самое высокое содержание в трех образцах пива, и их содержание составляло 82,97%-91,16% от общего содержания спирта.
Являясь важным компонентом высших спиртов в пиве, фенэтиловый и изоамиловый спирты придают алкогольным напиткам насыщенный аромат и вкус, усиливают гармоничность вина, составляя основной аромат пивного тела. Фенетиловый спирт в основном синтезируется из фенилаланина по пути Эрлиха под действием аминотрансфераз, декарбоксилаз и дегидрогеназ [25], и он происходит из шелухи солода, а не из эндосперма и целого ячменя [26]. Среди трех образцов пива относительное содержание фенэтилового спирта было самым высоким в образце Can (46,37%), затем в образце Ger (41,07%), и самым низким в образце Eng (35,16%). Бутанол, высший спирт, придает пиву сильный резкий вкус [27]. По сравнению с другими образцами пива, относительное содержание изобутанола в образце Eng было самым низким, что оказывает относительно небольшое влияние на вкус пива. Высшие спирты являются предшественниками определенных сложноэфирных соединений, увеличивая количество сложных эфиров, образующихся в процессе брожения пива, что играет важную роль в пивном аромате и может улучшить сенсорное качество пива [28]. Баночное пиво отличается богатым относительным содержанием общих эфирных веществ, а канадский солод больше подходит для приготовления пива с более высоким содержанием алкоголя.
2.3.2 Сравнительный анализ сложных эфиров
Соответствующие летучие эфирные соединения не только обогащают вкус и аромат пива, но и оказывают определенное маскирующее действие на вещества, вызывающие старение пива [29]. В трех образцах пива было обнаружено в общей сложности 35 сложноэфирных веществ, в основном этил октаноат, этил гексаноат, этилацетат и т.д. В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger было обнаружено 30, 34 и 30 эфирных веществ соответственно, из которых 26 эфиров были общими; относительное содержание общих эфиров составило 42,57%, 84,11% и 37,89% соответственно, что составило 28,35%, 30,94% и 19,40% от общего количества ароматических веществ в соответствующих образцах пива.
Летучие эфиры — важные вкусовые вещества в пиве, а также основной носитель пивного аромата [30]. Соответствующее количество эфиров придает пиву цветочные и фруктовые ароматы, делая вкус гармоничным [31]. Среди них этил октаноат, этил гексаноат, этилацетат и изоамилацетат являются типичными эфирными веществами в пиве [32]. В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger относительная концентрация этил октаноата была самой высокой и составляла 48,48%, 41,04% и 34,34% от общего количества эфиров соответственно, придавая пиву сладкий и мягкий аромат. В то же время, этил гексаноат с ананасовым и яблочным ароматом, этилацетат со сладким ароматом и изоамилацетат с банановым ароматом имеют относительно высокое содержание, наделяя пиво богатым фруктовым ароматом [33].
Среди них пиво Can имеет самое высокое общее относительное содержание сложных эфиров и самые богатые типы сложных эфиров; в то же время оно содержит этилацетат с относительно высокой концентрацией, который обладает яблочным и персиковым фруктовыми ароматами и приятным запахом, и может должным образом смягчить раздражительность, вызываемую фенэтиловым спиртом в пиве.
Эфиры и спирты — важнейшие компоненты ароматических веществ пива. Если относительное содержание эфиров высокое или соотношение эфиров и спиртов подходящее, пиво будет иметь более богатый аромат; в то время как высокое содержание спиртов может эффективно снимать головную боль, а соотношение эфиров и спиртов является важной основой для оценки вкусовых качеств пива [34]. Как правило, идеальным является соотношение эфиров и спирта 3～4, но в настоящее время большинство сортов пива склонны к более низким показателям [35].
Результаты соотношения эфира к спирту в трех образцах пива представлены в Таблице 2. Как видно из Таблицы 2, соотношение эфира к спирту в пиве Ger самое высокое — 2～3, в то время как соотношение эфира к спирту в двух других образцах пива находится в пределах 1～2. Таким образом, видно, что различные виды солода все еще сильно различаются по соотношению эфира к спирту в сваренном пиве.
Таблица 2 Влияние различных видов солода на соотношение спиртов и эфиров
| Образец | Общие спирты | Общее количество сложных эфиров | Соотношение спиртов и эфиров |
|---|---|---|---|
| Английское пиво | 62.59 | 42.57 | 1.47 |
| Баночное пиво | 102.91 | 84.11 | 1.22 |
| Пиво Ger | 77.88 | 37.89 | 2.06 |
2.3.3 Сравнительный анализ альдегидных веществ
Альдегиды — основной класс стареющих соединений в пиве. Альдегидные соединения в свежем пиве образуются в основном в процессе кипячения или фильтрации сусла; с увеличением срока хранения содержание стареющих альдегидных соединений постепенно увеличивается, что в конечном итоге приводит к нестабильности и ухудшению вкуса пива [36]. В трех образцах пива было обнаружено в общей сложности 7 альдегидных веществ, включая бензальдегид (ароматы горького миндаля, вишни и坚果), ацетальдегид (аромат зеленой травы) и т.д. В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger было обнаружено 5, 7 и 6 альдегидных веществ соответственно, из которых 4 альдегида были общими; относительное содержание общих альдегидов составило 0,44%, 1,13% и 1,06% соответственно, что составило 0,29%, 0,42% и 0,54% от общего количества компонентов аромата.
Бензальдегид — низколетучий альдегид с самым высоким содержанием в пиве, обладающий горько-миндально-ореховым ароматом [37]. Относительное содержание бензальдегида в образце Can (0,43%) было значительно выше, чем в других образцах пива. Бензальдегид, образующийся в процессе брожения, придает образцу пива зеленовато-травянистый вкус и сокращает срок хранения. Содержание этанола в образце Ger значительно выше, чем в других образцах пива, что формирует ярко выраженный вкус сырого сусла.
Среди трех образцов пива относительное содержание альдегидных ароматических веществ в пиве Eng относительно низкое; относительное содержание альдегидных ароматических веществ в пиве Can самое высокое, а общее количество альдегидов самое высокое, при этом сохраняется типичность пива; образец Ger имеет относительно низкое содержание альдегидных ароматических веществ по сравнению с образцом Can, но процентное содержание этого образца в общем количестве ароматических компонентов самое высокое.
2.3.4 Сравнительный анализ кетоновых веществ
В трех образцах пива было обнаружено в общей сложности 7 кетоновых веществ. В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger было обнаружено 6, 7 и 6 кетоновых веществ соответственно, из которых 5 кетонов были общими; общее относительное содержание кетонов составило 0,16%, 0,19% и 0,36% соответственно, что составило 0,11%, 0,07% и 0,18% от общего количества компонентов аромата.
Среди трех образцов пива образец Eng обладает самыми богатыми типами кетоновых ароматических веществ, образец Ger — самым высоким относительным содержанием кетоновых ароматических веществ. Хотя существенной разницы в содержании кетонов нет, относительное содержание в образце Ger самое высокое (0,22%), что придает этому образцу пива сильный «аромат брожения, аромат вареного риса» и сопровождается ароматами молока, сыра и грибов, в то время как в пиве Can кетоны не были обнаружены.
2.3.5 Сравнительный анализ кислотных веществ
Среди трех образцов пива было обнаружено 9 кислотных веществ, таких как капроевая, октановая и гексановая кислоты. В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger было обнаружено 7, 6 и 9 кислотных веществ соответственно, из которых 5 кислот были общими; общее относительное содержание кислот составило 44,41%, 83,48% и 13,78%, что составило 29,56%, 30,70% и 39,99% от общего количества компонентов аромата.
В пиве Eng, пиве Can и пиве Ger относительное содержание капроевой кислоты было самым высоким и составляло 72,42%, 79,10% и 59,18% от общего количества кислот соответственно; октановая кислота была на втором месте, составляя 12,95%, 12,59% и 29,70% от общего количества кислот соответственно. Обе эти кислоты являются представителями «кислотного привкуса» в пиве. Они легко образуют прогорклый запах, приводя к снижению качества пива, среди которого относительное содержание капроиновой кислоты в образце Can (66,03%) и относительное содержание октановой кислоты в образце Ger (23,20%) значительно выше, чем в других образцах пива. В то же время, во всех трех образцах пива была обнаружена гексановая кислота, причем в образце Can ее относительное содержание самое высокое (5,04%), которая легко формирует горький вяжущий привкус, усиливая кислинку пивного тела. Общее содержание кислот в образцах Can и Ger более чем в два раза выше, чем в образце Eng, что доказывает, что различия в сырье в процессе пивоварения напрямую приводят к значительным различиям в содержании свободных жирных кислот в готовом пиве.
По результатам комплексного анализа компонентов аромата, основными компонентами аромата пивного тела являются фенэтиловый спирт (аромат розы), изоамиловый спирт (сладкий аромат), этил октаноат (мягкий аромат) и этил гексаноат (ананасовый аромат, яблочный аромат). По сравнению с другими образцами пива, образец Can обладает самым богатым набором ароматических веществ (75 видов), самым высоким относительным содержанием (271,82%), самыми богатыми типами ароматов, а также мягким и округлым телом пива. В частности, общее содержание алкоголя и общих эфиров высокое, аромат тела пива сложный, мягкий и гармоничный, что еще раз доказывает, что канадский солод больше подходит для приготовления пива Lager, чем другие солоды.
3 Выводы
В этом исследовании путем измерения экстракта сусла, азота α-аминокислот, осахаривающей способности, индекса Колбаха и других показателей качества трех различных видов солода, а также содержания алкоголя, концентрации исходного сусла, реального экстракта, кажущегося экстракта и других физико-химических показателей сваренного пива, и с помощью ГХ-МС для анализа различий в компонентах вкуса пива, результаты показали, что по сравнению с британским и немецким солодом канадский солод имел умеренный индекс Колбаха (45%) и степень экстракции (≥77%), более высокую осахаривающую способность (414 WK) и относительно низкий уровень азота α-аминокислот (118 мг/л); В то же время, физико-химические показатели пива, сваренного из канадского солода, были умеренными (содержание алкоголя 2.97%об, исходная концентрация сусла 8,63 °P), с более низким экстрактом (реальный экстракт 2,76%, кажущийся экстракт 1,17%) и более высокой степенью ферментации (реальная степень ферментации 67,97%, кажущаяся степень ферментации 86,41%). В итоге было установлено, что канадский солод более подходит, чем другие солоды, для варки/производства светлого пива в лабораторной симуляционной системе.
Ссылки
SUN Kecheng, ZHAO Xinrui, GU Qianhui, XIE Tingting, LI Jianghua, DU Guocheng. Влияние различных видов солода на вкус светлого пива при варке[J]. China Brewing, 2021, 40(4): 148-154.
- Алекс Чен
«Ведущий инженер-технолог пивоваренного производства в компании Micetcraft».
Моя миссия проста: дать пивоварам инструменты и знания, необходимые для воплощения их замысла в исключительное пиво. Каждая деталь нашего оборудования разработана с учетом успеха пивовара. Ведь когда Вы процветаете, процветает все ремесленное сообщество».
[1] ЧЖАН Мин. Исследование маркетинговой стратегии компании Budweiser (China) Co., Ltd. [D]. Наньнин: Университет Гуанси, 2019.
[2] KOPECKA J, NEMEC M, MATOULKOVA D. Сравнение методов на основе ДНК для дифференциации производственных штаммов пивоваренных дрожжей для эля и лагерного пива [J]. J Appl Microbiol, 2016, 120(6): 1561-1573.
[3] SEO S H, KIM E J, PARK S E, et al. Исследование метаболомики на основе ГХ/МС для изучения различий между элем и лагерным пивом по содержанию метаболитов [J]. Food Biosci, 2020, 36: 100671.
[4] HUANG Lin, GE Xiangqi, ZHANG Tian, et al. Прогресс в исследовании солода, специально используемого для крафтового пива [J]. China Brewing, 2020, 39(2): 7-12.
[5] DE F G, BRAVI E, SANARICA E, et al. Влияние добавления различных экстрактов с высоким содержанием фенолов на стабильность вкуса пива [J]. Foods, 2020, 9(11): 1638.
[6] JEROEN J, JESSIKA D C, PAUL S, al. О происхождении свободных и связанных стеариновых альдегидов в пиве [J]. J Agr Food Chem, 2012, 60(46): 11449-11472.
[7] ZHOU Yonghe. Влияние качества солода и его контроля на приготовление пива [J]. Beer Sci Technol, 2013(10): 49-50.
[8] LI Jingbiao, LIU Hong, SUN Ruitong. Влияние торговых ограничений на импорт ячменя в Китай и ответная реакция на основе модели частичного равновесия [J]. Agricultural Modernization Research, 2018, 39(3): 414-423.
[9] LIU Xiaoning, ZHANG Hua, BAO Youjun, et al. Effect of malt quality defects on the quality of brewing wort [J]. Gansu Agric Sci Technol, 2017(10): 8-12.
[10] LI Yuyang. Исследование влияния деградации белка солода на пену белка ячменного солода [D]. Уси: Цзяннаньский университет, 2018.
[11] LIU Chunyu. Исследование влияния процесса пивоварения на качество солода [D]. Янглинг: Northwest A&F University, 2013.
[12] QI Xin, ZHOU Guanghu. Исследование процесса осахаривания солодового пива [J]. China Brewing, 2017, 36(11): 180-184.
[13] HU Xuelian. Использование и управление пивными дрожжами [D]. Далянь: Даляньский технологический университет, 2017.
[14] LIU C, LI Q, NIU C, et al. Использование плазменного мутагенеза при атмосферной и комнатной температуре для создания пивных дрожжей с пониженным производством ацетальдегида [J]. J I Brewing, 2018, 124(3): 236-243.
[15] VIEIRA A C, PEREIRA A C, MARQUES J C, et al. Multi-target optimization of solid phase microextraction to analyse key flavour compounds in wort and beer [J]. Food Chem, 2020, 317: 126466.
[16] DENNENLOEHR J, THOERNER S, RETTBERG N. Анализ тиолов, полученных из хмеля, в пиве с помощью дериватизации на волокне в сочетании с HS-SPME и GC-MS/MS [J]. J Agr Food Chem, 2020, 68(50): 15036-15047.
[17] WANG Ping, ZHANG Xinyue, LIN Feng, et al. Основные показатели качества солода и оценка качества 73 ячменных солодов в Нинся [J]. Ningxia Agric Sci Technol, 2012, 24(1): 1-6.
[18] BAO Baoning, PAN Yongdong, LIU Shasha, et al. Всесторонний анализ урожайности и качества ячменя и солода в Нинся [J]. China Brewing, 2016, 35(8): 73-77.
[19] MAYER H, MARCONI O, REGNICOLI G F, et al. Производство осахаривающего рисового солода для пивоварения с использованием различных сортов риса и параметров солодоращения [J]. J Agr Food Chem, 2014, 62(23): 5369-5377.
[20] LIU Haibo, WU Zuer, WANG Yuzhen, et al. Анализ летучих ароматических веществ, образующихся при варке пива [J]. Food Sci, 2013, 34(20): 221-227.
[21] YANG C, LI J L. Breeding of Saccharomyces cerevisiae [J]. Agr Biotechnol, 2019, 8(4): 145-148.
[22] WU Xin, CAI Guolin, SUN Yan, et al. Одновременный контроль степени брожения пива и концентрации летучих соединений путем отбора малоэфирных дрожжей [J]. Beer Sci Technol, 2010(3): 65-69.
[23] GAO Tai, LI Hong, JIA Shimei. Исследование методологии улучшения степени брожения пива [J]. China Brewing, 2014, 33(11): 118-121.
[24] IVANOVA V, STEFOVA M, VOJNOSKI B, et al. Летучий состав македонских и венгерских вин, оцененный с помощью ГХ/МС [J]. Food Bioprocess Technol, 2013, 6(6): 1609-1617.
[25] SHE Jun, WANG Sanhua, YANG Zheng, et al. Путь биосинтеза 3-фенилпропанола и его регулирование [J]. Пищевая и ферментационная промышленность, 2014, 40(1): 168-173.
[26] DONG Yingliang. Исследование механизма производства ароматических веществ солода и влияния микроорганизмов на аромат солода [D]. Уси: Jiangnan University, 2013.
[27] HAUSER D G, SHELLHAMMER T H. Обзор проблем устойчивого развития в производстве пива и углеродного следа производства хмеля [J]. Techn Quart, 2019, 56(4): 95-100.
[28] YU Hongwei, NI Wei. Исследование метода анализа пяти видов высших спиртов в вине с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии [J]. Food Research and Development, 2018, 39(18): 151-154, 207.
[29] FAIRBAIRN S, SMIT A, JACOBSON D, et al. Стресс окружающей среды и производство аромата во время ферментации вина [J]. South Afr J Enol Viticult, 2016, 35(2): 23-28.
[30] WU Wenlin. Факторы, влияющие на содержание сложных эфиров в пиве, и меры борьбы с ними [J]. Beer Sci Technol, 2015(4): 33-34.
[31] TAO Xianbin, ZHOU Peng, HAO Junhong, et al. Анализ компонентов аромата в вине методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии [J]. Аналитическая лаборатория, 2012, 31(6): 24-29.
[32] ALVES V, GONCALVES J, FIGUEIRA J A, et al. Анализ летучих веществ в пиве на разных этапах пивоварения [J]. Food Chem, 2020, 326: 126856.
[33] LABRADO D, FERRERO S, CABALLERO I, et al. Идентификация методом ЯМР ключевых соединений, присутствующих в пивных дистиллятах и остаточных фазах после деалкоголизации методом вакуумной дистилляции [J]. J Sci Food Agr, 2020, 100(10): 3971-3978.
[34] HE Jiaming. Предварительное исследование старения пива в Янцзине [D]. Тайань: Шаньдунский сельскохозяйственный университет, 2013.
[35] SHI Jinhong. Предварительное исследование факторов, влияющих на эфирные вещества при варке пива [D]. Уси: Jiangnan University, 2008.
[36] STULIKOVA K, BULIR T, NESPOR J, et al. Применение обработки высоким давлением для обеспечения стабильности хранения нефильтрованного светлого пива [J]. Molecules (Базель, Швейцария), 2020, 25(10): 2414.
[37] RAO Yuanyuan, NI Fang, SUN Yun, et al. Эффективное извлечение летучих ароматических компонентов из ежевичного сока с помощью гибридной мембраны ZIF-8/PDMS [J]. Separat Purif Technol, 2020, 230: 115844.
[38] GAGULA G, MASTANJEVIC K, MASTANJEVIC K, et al. Влияние материала упаковки на летучие соединения светлого светлого пива [J]. Food Packag Shelf Life, 2020, 24: 100496.