酸面团源酿酒酵母的发酵性能及其对精酿啤酒风味和品质的影响

卢 玉1,2,刘 涛3,李 慧1,2,杨海莺1,2,陈文波1,2,牛兴和1,2,赵 凯4*

(1.中粮营养健康研究院有限公司 老年营养食品研究北京市工程实验室 营养健康与食品安全北京市重点实验室,北京 102209;2.南京财经大学 食品科学与工程学院 江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心,江苏 南京 210023;3.中粮麦芽(江阴)有限公司,江苏 无锡 214400;4.中粮粮谷控股有限公司,北京 100020)

摘 要以特种麦芽为原料,以商业酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Y71为对照,采用分离自我国传统酸面团中的2株酿酒酵母Y3和Y4酿造精酿啤酒,通过监测发酵过程中CO2质量损失和酵母细胞数比较3种酿酒酵母的生长状况及发酵特性。 采用常规检测方法、顶空固相萃取(HS-SPME)结合气质联用(GC-MS)技术分析3种精酿啤酒理化指标及挥发性风味物质,通过相对气味活度值(ROAV)确定关键风味化合物,并进行主成分分析(PCA)及感官评价。 结果表明,与酵母Y71相比,酵母Y3和Y4展现出了更优异的发酵特性和生长性能。酵母Y3和Y4的可发酵糖利用率分别为70.3%和70.0%,发酵度分别为77.06%和76.54%,酒精度分别为3.77%vol和3.74%vol。 酵母Y3和Y4酿造精酿啤酒的各项理化指标均符合相关国家标准。 HS-SPME-GC-MS结果显示,3种精酿啤酒中共检测出67种挥发性风味物质,基于ROAV>1共筛选出26种关键风味化合物,其中己酸乙酯、1-癸醇、椰子醛是酵母Y3、Y4酿造精酿啤酒中特有的香气物质。 PCA能有效区分3种精酿啤酒样品,酵母Y3制备精酿啤酒风味协调,花香、果香突出,酒体协调、柔和。

关键词酸面团;酿酒酵母;精酿啤酒;发酵性能;挥发性风味物质;主成分分析

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)因其特殊的生理代谢特性,在酒类、发酵食品中得到了广泛的应用,特别是在啤酒、葡萄酒的酿造中起到了至关重要的作用。 啤酒是以麦芽、啤酒花、酵母、水为原料,通过发酵生产的高质量酒精饮料,其核心和灵魂就是酿酒酵母。随着经济社会的发展和人们消费水平的提高,啤酒作为世界范围内最流行的酒精饮料已经进入了品质化和多元化时代。

精酿啤酒又称为工坊啤酒,以其味道多变、色泽丰富、口感醇厚和香气浓郁等特点,成为啤酒新产品开发的主要方向[1]。在酿造过程中采用不同原辅料和控制工艺,可酿造出不同类型的精酿啤酒,其中具有不同发酵特性的酿酒酵母是啤酒的灵魂[2]。研究表明[3],酵母在将麦汁中可发酵糖转化为乙醇和二氧化碳的同时,也产生了大量的酯、醇、酸、羰基化合物等挥发性风味物质。葛峻伶等[4]通过分析酿酒酵母的酿酒特性,发现菌株A-8可以生成4-乙烯基愈创木酚,能赋予啤酒典型的丁香味,适宜小麦啤酒酿造。姚孟琦等[5]选取5株酿酒酵母进行酿造发酵实验,发现菌株A3具有较高的发酵度(80.87%)且高产乙酸乙酯,是一株具有开发新型风格独特的精酿啤酒潜力的菌株。佟恩杰等[6]采用本实验室保藏无醇酿酒酵母酿造啤酒,发现酵母Y273酿造的啤酒风味物质多样,感官评价风味协调,适宜酿造无醇啤酒。 MASCIA I等[7]在精酿硬质小麦啤酒的老化研究中发现,从手工撒丁岛酸面团分离得到的酵母S38酿造的啤酒具有更浓郁的果香味,反-2-壬烯醛、糖醛含量低,显示了较好的抗老化效果及使用酸面团酵母酿造啤酒的可行性。目前国内精酿啤酒大多还是采用工业啤酒酵母或商业啤酒酵母发酵生产,对于中国本土优良酸面团酿酒酵母的啤酒发酵性能及产香性能的研究很少。

在前期研究中,本研究团队从北京、山东、河南、福建等地区收集中国本土特色老面团,并从中分离到若干酿酒酵母[8],其中酵母Y3和Y4表现出较好的糖代谢能力,且制作的酸面团风味最好,具有工业化应用的潜力。本研究以特种麦芽为原料,商业酿酒酵母Y71为对照,采用2株酸面团源酿酒酵母Y3和Y4制备精酿啤酒。 通过监测发酵过程中CO2质量损失和酵母细胞数比较3种酿酒酵母的生长状况及发酵特性,使用常规检测方法及顶空固相微萃取气质联用(headspace solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技术分析3种精酿啤酒的理化指标及挥发性风味物质,通过相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)确定关键风味化合物,并进行主成分分析(principalcomponentanalysis,PCA)及感官评价,利用酵母Y3进行发酵放大试验验证其稳定性,以期获得具有优良啤酒酿造特性的精酿啤酒酵母。旨在丰富本土精酿啤酒酵母菌种,提高精酿啤酒品质和风味丰富度,为开发本土特色优质啤酒新产品提供优良的菌种资源。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Y3和Y4:分离自传统酸面团,保存于本实验室;商业酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Y71:市售。特种麦芽:中粮麦芽(大连)有限公司。

1.1.2 化学试剂

氢氧化钠(分析纯):国药集团化学试剂有限公司;蛋白胨、酵母浸粉、葡萄糖、琼脂粉(均为生化试剂):北京陆桥技术有限责任公司;葡萄糖、果糖、麦芽糖、异麦芽糖、麦芽三糖(均为分析纯):上海源叶生物科技有限公司;1,2,3-三氯丙烷(色谱纯):北京曼哈格生物科技有限公司。

1.1.3 培养基

酵母浸出粉胨葡萄糖(yeast extract peptone dextrose,YPD)固体培养基:酵母浸粉10.0 g/L,蛋白胨20.0 g/L,琼脂粉20.0 g/L,葡萄糖20.0 g/L。115 ℃高压蒸汽灭菌20 min。

YPD液体培养基:YPD固体培养基中不添加琼脂。115 ℃高压蒸汽灭菌20 min。

1.2 仪器与设备

pH酸碱计:赛多利斯(上海)贸易有限公司;LRH-250生化培养箱:上海一恒科技有限公司;GC-MS-2020NX气相色谱质谱联用仪(配备AOC-6000三位一体自动进样器)、InertCap UI-Wax色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)、LA-20AT高效液相色谱仪、AminexHPX-87H色谱柱(300mm×7.8mm):日本岛津公司;SPME fiber Carbon/DVB/PDMS固相微萃取头(50/30,2 cm):美国Thermo Scientific公司;ME204/04型电子天平:梅特勒-托利多仪器上海有限公司;DMA 4500M密度仪:安东帕(上海)商贸有限公司;SP-752(PC)紫外-可见分光光度仪:上海光谱仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酵母活化

分别取1环甘油冻存管中保存的酵母菌液接种到YPD培养基斜面上,并置于25 ℃培养48~72 h。从斜面上取1环菌落接种于10 mL YPD液体培养基中,25 ℃、150 r/min摇床振荡培养至对数中期。 再将10 mL酵母液接种于100 mL麦汁中进行扩培,待用。

1.3.2 实验室模拟精酿啤酒加工工艺流程及操作要点[9]

麦芽→粉碎→糖化→过滤→煮沸→过滤→麦汁浓度调整→接种酵母→发酵→后熟→啤酒原液

操作要点:使用灭菌的1 L三角瓶分装麦汁,酵母接菌量约为1×106 CFU/mL。 使用透气封口膜或添加有浓H2SO4的发酵栓封口。静置培养,培养温度为25 ℃。麦汁接种前、接种后,以及发酵过程中,透气封口膜封口样品每天取样检测。 发酵栓封口样品每天称一次质量并记录,发酵结束后将发酵上清液转入无菌啤酒瓶,0~4 ℃放置30 d后,得到啤酒原液。

1.3.3 酿酒酵母发酵性能评价

通过监测发酵过程中CO2质量损失和酵母细胞数的变化,从而判断酵母的生长情况及发酵特性。

1.3.4 理化指标检测

双乙酰、总酸、原麦汁浓度、发酵度、酒精度测定:根据国标GB/T4928—2008《啤酒分析方法》[10];糖度、比重测定:使用密度仪;表观发酵度测定:根据啤酒工业手册[11];菌体密度(OD600nm值)测定:采用分光光度法[12]

1.3.5 酵母细胞数检测

发酵液梯度稀释后涂布于YPD平板,28 ℃培养72 h后,计算酵母细胞数。

1.3.6 可发酵糖检测

可发酵糖测定:采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)法[13]

无菌取麦汁、发酵液及啤酒的上层液,以0.45 μm孔径的滤膜进行过滤得到待测液。HPLC条件:Aminex HPX-87H色谱柱(300 mm×7.8 mm),柱温65 ℃;流动相0.005 mol/L H2SO4,流速0.60 mL/min;检测器为示差检测器,进样量为20 μL。

标准曲线的制定:分析配制果糖、葡萄糖、麦芽糖、异麦芽糖、麦芽三糖的标准溶液,并以相应的糖质量浓度(x)为横坐标,以峰面积(y)为纵坐标绘制标准曲线。根据出峰时间进行定性,按照标准曲线回归方程计算糖含量。

总糖利用率计算公式如下:

1.3.7 挥发性风味物质测定

样品前处理:取5 mL待测样品放入20 mL的顶空瓶中,准确加入150 μL的1,2,3-三氯丙烷(质量浓度为10 mg/L)内标溶液,然后拧紧瓶盖进行密封。将顶空进样瓶置于60 ℃下恒温振荡10 min,以使样品的香气达到饱和。将SPME纤维萃取头插入顶空瓶中萃取30 min,随后拔出并插入进样口脱附3 min[14]

GC条件[15-16]:DB-WAX 57CB色谱柱(50 m×0.25 mm,0.2μm);载气为高纯氦气(He)(99.999%),载气流速1mL/min;进样口温度250 ℃;解吸时间1 min;升温程序为初始温度40 ℃,保持3 min,以10 ℃/min速度上升到150 ℃,随后以4 ℃/min速度上升到230 ℃,保持8 min;进样量1 μL,不分流进样;溶剂延迟时间2 min。

MS条件:电子电离(electron ionization,EI)源,电子能量70 eV;四极杆温度150 ℃;离子源温度230 ℃;接口温度280 ℃;全扫描方式,质谱扫描范围30~500 m/z。

定性定量方法:对信噪比(S/N)达到200的风味化合物进行自动鉴别,并通过比较美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology,NIST)14 谱库与样品色谱峰,筛选出匹配度>80%的物质。 结合保留指数(retention index,RI)计算值与文献值的差异<50对挥发性风味物质进行定性分析。采用内标法定量。

1.3.8 挥发性风味物质相对气味活度值分析

采用相对气味活度值(ROAV)为指标分析各类挥发性风味物质对样品主体风味的贡献[17]。 ROAV为挥发性风味物质质量浓度/气味阈值[18]。将ROAV>1的物质作为关键风味化合物,表明其对样品风味有重要贡献。

1.3.9 主成分分析

主成分分析是利用降维的原理,用几个较少的综合指标进行替代,可以保留原来的绝大多数信息,并把问题简单化。 利用JMP 2021软件,运用主成分分析法对精酿啤酒样品挥发性风味物质的气味活度值进行分析[19]

1.3.10 不同酵母酿造精酿啤酒感官评价

三种不同酵母酿造的精酿啤酒感官分析方法参考GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》[10],感官评分标准见表1。

表1 不同酿酒酵母酿造的精酿啤酒感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation standards of craft beer brewed by different Saccharomyces cerevisiae

项目 评分标准 评分/分风味滋味花香果香酒精刺激味生青味老化味双乙酰味污染臭味杀口感酸味苦味涩味酒体饱满度0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5 0~5

1.3.11 数据处理

数据结果以“平均数±标准差”表示,使用JMP Pro 13.2.0统计分析软件及Microsoft Excel 2013进行数据处理;使用OriginPro2019软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 酿酒酵母的生长情况及发酵特性

在实验室发酵模拟试验中,通过监测CO2质量损失和酵母细胞数的变化,从而判断酵母的生长情况及发酵特性。不同酿酒酵母在麦汁发酵过程中CO2质量损失和酵母细胞数的变化见图1。 由图1可知,酵母Y3、Y4在发酵第1天即进入快速发酵期,此时,CO2每日质量损失分别达到10.89 g/600 mL、10.71 g/600 mL,均高于商业酵母Y71(8.21 g/600 mL)。发酵至第2天进入稳定生长期,发酵至第7天时,CO2质量损失<0.2 g/600 mL,达到发酵终点。 结果表明,酵母Y3、Y4均可用于精酿啤酒酿造,与商业酵母Y71相比,2株酸面团源酵母在发酵和生长性能方面表现更为优越,其中酵母Y3表现出更好的生长性能。

图1 不同酿酒酵母在麦汁发酵过程中CO2质量损失和酵母细胞数变化
Fig.1 Changes of CO2 mass loss and yeast cell count of different Saccharomyces cerevisiae during wort fermentation process

2.2 不同酿酒酵母发酵麦汁中可发酵糖含量检测

根据发酵过程中所消耗的糖与原麦汁中糖含量的百分比,可以反映出酵母对麦汁中糖分的利用效率。 不同酿酒酵母对麦汁中可发酵糖利用情况见表2。 由表2可知,酵母Y3和Y4在麦汁中糖代谢能力与商业酵母Y71表现相似。 酵母Y3、Y4及Y71对异麦芽糖和麦芽三糖的利用率比较低,但是可以充分利用果糖、葡萄糖和麦芽糖,总糖利用率分别为70.3%、70.0%、70.5%。 结果表明,酵母Y3和Y4能够有效利用麦汁中的营养成分进行生长代谢,并适用于啤酒发酵。

表2 不同酿酒酵母发酵麦汁中可发酵糖含量检测结果
Table 2 Determination results of fermentable sugars contents in wort fermented by different Saccharomyces cerevisiae

糖组分 原麦汁中糖含量/(g·L-1)发酵麦汁中残糖量/(g·L-1)菌株Y3 菌株Y4 菌株Y71果糖葡萄糖麦芽糖异麦芽糖麦芽三糖总糖利用率/%3.31 14.4 50.51 10.98 20.13/0.42 0.08 1.23 9.09 18.70 70.3 0.38 0.10 1.24 9.15 18.90 70.0 0.56 0.10 1.16 8.88 18.65 70.5

2.3 不同酿酒酵母酿造精酿啤酒的理化指标

采用3种酿酒酵母进行实验室模拟发酵,对所酿造精酿啤酒理化指标进行检测,结果见表3。 由表3可知,酵母Y3、Y4和Y71酿造精酿啤酒的酒精度分别为3.77%vol、3.74%vol和3.80%vol,表观发酵度分别为77.06%、76.54%和77.18%。3株酵母酿造精酿啤酒的总酸和双乙酰含量均满足啤酒产品标准要求[20]

表3 不同酿酒酵母酿造精酿啤酒理化指标检测结果
Table 3 Determination results of physiochemical indexes of craft beer brewed by different Saccharomyces cerevisiae

项目 原麦汁浓度/°P酒精度/%vol表观发酵度/%总酸/(mL·100 mL-1)双乙酰/(mg·L-1)菌株Y3菌株Y4菌株Y71 9.5 9.5 9.5 3.77 3.74 3.80 77.06 76.54 77.18 1.71 1.65 1.71 0.085 0.09 0.08

2.4 不同酿酒酵母发酵精酿啤酒挥发性风味物质分析

采用HS-SPME/GC-MS对不同酿酒酵母发酵精酿啤酒中的挥发性风味物质进行分析,并计算各挥发性风味化合物的ROAV,结果见表4。由表4可知,不同酿酒酵母发酵3种精酿啤酒中共检出67种挥发性风味物质,包括38种酯类、11种醇类、8种酸类、2种醛类及8种其他类。根据文献中报道的挥发性风味化合物阈值和香气特征,共筛选出26种关键风味化合物(ROAV>1)。

表4 不同酿酒酵母发酵精酿啤酒中挥发性风味物质含量测定结果及相对气味活度值
Table 4 Determination results of volatile flavor components contents in craft beer fermented by different Saccharomyces cerevisiae and relative odor activity values

征特气香株Y71 ROAV-1)菌 ·L(mg量/含株Y4 ROAV-1)菌·L(mg量/含株Y3 ROAV-1)菌 ·L(mg量/含/-1)值阈·L(mg)RI值算(计)RI值献(文物合化类分味酒萄葡味 带、果热微--蜜 地蜂 、轻兰、甜味白瑰 草玫 、青香、花香果--6 2.20-1 654.28-0.17 1.18 0.25 8.27--356.21-2 867.71 0.18 0.27 6.77-14.34--298.29-2 962.14 0.14 0.29 5.67-14.81--0.019-0.005 2 505 2 787 1 785 1 953 1 429 2 526 2 693 1 825 1 975 1 441酯丁 酯异丁酯酯二二乙乙酯酸酸苯苯乙甲甲酸酸酸二二乙丁辛苯 苯邻 邻味、果品制、乳油、奶香、花味皂肥52.88 21.15 8.58 3.43 6.08 2.43 0.4 1 835 1 847酯乙酸桂月花兰、白果苹甜10 039.03 50.20 7 267.52 36.34 6 291.49 31.46 0.005 1 638 1 633酯乙酸癸香、花味、果酒萄葡性油5 835.32 25.09 7 331.47 31.53 7 357.73 31.64 0.004 3 1570 1 599酯甲酸癸味草萄、香香地 香葡味 花 兰、花带瑰脂酸 果蕉 萝、油、热、玫味子 、白乳 水的味味酒脂 、菠菌味 、椰士带果、香熟---橙 蜡 、蜡姆蕉萝 蕉油 、真 萝 、芝甜 微 脂、蜡-脂、菠、香--的、油香-土- -、菠油、略-、过---轻 油 油 、朗 味 美味 、黄味子瑰味果 甜果、甜味、泥味 、奶油、玫果 果 果蕉 、桃甜甜 苹酵 橘 甜 、奶油味发、柑、香味奶果奶味、牛肪 果脂 果 甜味蜡10.24——6.52——2 034.36--144.87-2 168.59——-4.87——---2.05 0.16 0.75 0.11 19.55 13.04 0.32 0.55--0.31 13.54 11.51 0.72 0.32 2.17-0.11 10.42 0.70 0.50 0.34 1.27 7.68 6.94 0.45-0.11 3.64 37.58——1.10---146 366.25 13 125.55-303.67-2 168.59——-1 9.21——---7.52 0.14-3.43 5.30 2.19 0.47--1.46 1.97-0.19 1.52---0.19 0.71--1.34 2.08 4.37--0.27-0.39 50.31——1.00--0.26 212 363.49 12 356.55--288.13--0.51——2 0.88——---10.06 0.14--5.64 1.99 0.42-0.10 2.12 1.85-0.24 1.44--1.01 0.17 0.92 6.47-1.46 1.55 5.93-0.10--0.46 0.2 - - - - 2 - - 0.377 0.000 01 0.000 15--0.005-0.001 2——0.07——---1 361 2 464 2 486 1 727 1 782 2 198 2 416 2 503 1 531 1 225 1 123 2 025 1 991 890 2 543 979 2 254 2 088 2 213 1 632 2 425 1 648 1 843 2 367 2 165 2 085 1 866 2 083 2 268 1 378 2 467 2 476 1 718 1 804 2 223 2 434 2 474 1 535 1 241 1 121-2 028 893 2 532 992 2 243 2 087 2 225-2 445 1 670 1 864 2 335 2 160 2 066-2 108 2 283酯酯丁酯酸酯酯异酯酯酯酯酯酯酯酯酯酯酯酯酯酯 酯甲 酯酯乙酯酯酯溴酯酯 甲 酯酸戊 醇 乙乙乙甲乙甲 戊甲酯乙甲 酸甲 甲乙 乙乙 甲甲乙乙 酸喃乙 甲 酸 酸戊戊苯苯异二酸酸酸酸酸烯酸酸酸酸酸酸异蔻呋酸酸酸酸醇油酸油异异 基戊烷烯辛脂 桂榈脂油 酸 油 榈蔻 烯 酸酸 烷基 碳硬油一 壬己 豆基乙 丁 榈 式五十月棕硬亚 乙肉甲 亚 棕豆棕癸4-反辛癸酸-2-酸-2-二甲十六五 肉辛己十三2,2,4-十9-类酯

续表

注:“-”表示未检出。

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由表4亦可知,酵母Y3酿造的精酿啤酒中共检测出47种挥发性风味物质,包括27种酯类(峰面积占比63.0%)、7种醇类(峰面积占比23.9%)、6种酸类(峰面积占比11.8%)、1种醛类及6种其他类,挥发性风味物质均以酯类、醇类和酸类为主。酵母Y4酿造的精酿啤酒中共检测出45种挥发性风味物质,包括25种酯类、9种醇类、7种酸类及4种其他类;酵母Y71酿造的精酿啤酒中共检测出51种挥发性风味物质,包括33种酯类、9种醇类、4种酸类、1种醛类及4种其他类。

酯类是啤酒的重要风味物质,主要形成于主发酵期间[21-22]。由有机酸和醇反应生成,赋予啤酒丰富的风味[23]。3种酵母酿造的精酿啤酒中,ROAV>1的酯类有12种。与商业酵母Y71对比,酵母Y3、Y4酿造的啤酒中,辛酸乙酯、癸酸甲酯、乙酸异戊酯、乙酸乙酯和辛酸异戊酯的ROVA更高,赋予酒样丰富的水果风味。己酸乙酯是酵母Y3、Y4酿造精酿啤酒中特有的香气物质,含量分别为2.12 mg/L和1.46 mg/L,ROAV分别达到212 363.49和146 366.25,使这2种啤酒具有甜果味、菠萝、香蕉味等特征香味。

醇类是啤酒的主要风味物质,大多数来自酵母的氨基酸或糖代谢,同时也是某些酯类物质的前体[24]。3种酵母酿造的精酿啤酒中,ROAV>1的醇类有9种。其中,苯乙醇、异戊醇、月桂醇和金合欢醇赋予3种啤酒花香味(紫罗兰、甜椴树)、当归、香菜和油脂味。 与商业酵母Y71对比,酵母Y3、Y4酿造的啤酒中,苯乙醇、异戊醇的ROVA更高。1-癸醇是酵母Y3、Y4酿造精酿啤酒中特有的香气物质,含量分别为1.57 mg/L和1.47 mg/L,ROVA分别可达238.23和223.36,赋予酒体橙子味和甜净水味。

醛类物质主要是麦汁糖化或酵母酿造过程中产生的,普遍具有强烈的气味特征[25],3种酵母酿造的精酿啤酒中,ROAV均>1的醛类化合物有2种,分别为乙醛和椰子醛。椰子醛是酵母Y3、Y4酿造精酿啤酒中特有的香气物质,赋予酒样椰子、奶油、甜味黄油味和脂肪乳香。

此外,在商业酵母和酸面团酵母酿造的啤酒中还有酸类、酚类和其他类挥发性风味物质,这些化合物很好的补充和修饰了精酿啤酒的香气。2-甲氧基-4-乙烯苯酚在3种啤酒中均具有较高的ROAV,其中,酵母Y3和Y4酿造的啤酒中ROAV分别达到526.48和565.02,使这两种啤酒具有显著的丁香、康乃馨、胡椒、烟熏木、琥珀味。

综上,与商业酵母Y71比较,酿酒酵母Y3和Y4酿造的精酿啤酒,关键风味化合物种类丰富,香气特点突出,适于酿造花香、果香浓郁的啤酒。

2.5 不同酿酒酵母发酵精酿啤酒挥发性风味物质主成分分析

对3种酵母酿造精酿啤酒的关键风味化合物进行主成分分析,PCA散点图及载荷图见图2。

图2 不同酿酒酵母发酵精酿啤酒关键风味化合物主成分分析散点图(a)和载荷图(b)
Fig.2 Scatter plot (a) and loading diagram (b) of principal component analysis of key flavor components in craft beer fermented by different Saccharomyces cerevisiae

由图2可知,2个主成分的方差贡献率分别为70.2%和29.8%,累计方差贡献率为100%,说明该方法很好地反映出了不同啤酒样品中挥发性风味物质的信息。 3种啤酒样品距离较远,说明三者挥发性风味物质组成有所差异,PCA能够较好区分3种精酿啤酒样品。 酵母Y4酿造的啤酒位于第一主成分和第二主成分的正半轴,与金合欢醇、甲醇等化合物接近,使酒体中的甜椴树、花香、当归、香菜等风味较突出;酵母Y3酿造的啤酒位于第一主成分的正半轴和第二主成分的负半轴,与己酸、月桂醇等化合物接近,使酒体中奶酪、油脂香气、紫罗兰香气等风味突出;商业啤酒Y71酿造的啤酒位于第一主成分和第二主成分的负半轴,与正辛醇、乙醛、丁酸乙酯等化合物接近,赋予酒体橙子,辛辣、苹果、甜香蕉等风味。 综上,两株酸面团源酿酒酵母Y3和Y4有助于提升精酿啤酒的风味丰富度。

2.6 不同酿酒酵母发酵精酿啤酒感官评价

3种酵母酿造精酿啤酒的感官评分雷达图见图3。由图3可知,与商业酵母Y71酿造精酿啤酒相比较,酵母Y3和Y4酿造的精酿啤酒均无明显缺陷型香气,花香、果香评分较高,酵母Y3和Y4花香、果香分值分别达到3.17、2.67;2.67、2.17。 结果表明,酵母Y3酿造的精酿啤酒花香、果香突出,酒体协调、柔和。

图3 不同酿酒酵母酿造精酿啤酒感官评价雷达图
Fig.3 Radar map of sensory evaluation of craft beer brewed by different Saccharomyces cerevisiae

2.7 酿酒酵母Y3酿造精酿啤酒酿稳定性验证

选取酵母菌株Y3在30 L发酵罐中进行精酿啤酒酿造放大试验,原麦汁浓度为9.5°P,发酵罐后精酿啤酒酒精度、表观发酵度、pH值及双乙酰含量分别为3.79%vol、77.06%、4.09、0.087 mg/L,符合GB/T 4927—2008《啤酒》要求[20],表明菌株Y3具有酿造精酿啤酒应用潜力。

3 结论

本研究以商业酿酒酵母Y71为对照,利用实验室前期从酸面团中筛出的优良酿酒酵母Y3和Y4发酵制备精酿啤酒,分析比较不同酵母的发酵特性和生长性能,测定精酿啤酒的理化指标及挥发性风味物质,并进行主成分分析及感官评价。 结果表明,酵母Y3和Y4的麦汁发酵速率快,发酵度适中,适合酿造精酿啤酒,所酿造的精酿啤酒各项理化指标均符合相关国家标准。 HS-SPME-GC-MS分析3种精酿啤酒共检出67种挥发性风味物质,包括38种酯类、11种醇类、8种酸类、2种醛类及8种其他类。基于ROAV>1共筛选出26种关键风味化合物,其中,己酸乙酯、1-癸醇及椰子醛,为酿酒酵母Y3、Y4发酵啤酒中特有的香气物质,赋予精酿啤酒更丰富的花果香。主成分分析能够较好的区分不同酿酒酵母酿造的3种精酿啤酒,其中酵母Y3制备精酿啤酒风味协调,花香、果香突出,酒体协调、柔和。利用酵母Y3在30 L发酵罐中进行稳定性试验,酿造精酿啤酒理化指标均符合国家标准GB/T 4927—2008《啤酒》要求,酵母Y3具有很好的酿造精酿啤酒应用潜力。该研究验证了啤酒酿造使用本土酵母的可能性,为开发并丰富本土特色优质精酿啤酒新产品提供理论基础。

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Fermentation characteristics of sourdough-derived Saccharomyces cerevisiae and their effect on quality and flavor of craft beer

LU Yu1,2,LIU Tao3,LI Hui1,2,YANG Haiying1,2,CHEN Wenbo1,2,NIU Xinghe1,2,ZHAO Kai4*
(1.Beijing Key Laboratory of Nutrition,Health and Food Safety,Beijing Engineering Laboratory for Elderly Nutrition Food Research,COFCO Nutrition and Health Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 102209,China;2.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety,College of Food Science and Engineering,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210023,China;3.COFCO Malt(Jiangyin)Co.,Ltd.,Wuxi 214400,China;4.COFCO Grains Holdings Co.,Ltd.,Beijing 100020,China)

AbstractUsing special malt as the raw material and commercial Saccharomyces cerevisiae Y71 as control, craft beer was brewed by two strains of S.cerevisiae Y3 and Y4, which isolated from traditional sourdough in China.The growth status and fermentation characteristics of three kinds of yeasts were compared by monitoring the mass loss of CO2 and the number of yeast cells during fermentation process.The physicochemical indexes and volatile flavor components of three kinds of craft beers were analyzed by conventional detection methods and headspace solid-phase extraction(HS-SPME)combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)technique.The key flavor components were determined by relative odor activity value(ROAV),and analyzed by principal component analysis(PCA)and sensory evaluation.The results showed that,compared with yeast Y71,yeasts Y3 and Y4 exhibited more excellent fermentation characteristics and growth performance.The utilization rates of fermentable sugars of yeasts Y3 and Y4 were 70.3% and 70.0%, respectively.The fermentation degree and alcohol content of yeasts Y3 and Y4 were 77.06%, 3.77%vol and 76.54%,3.74%vol,respectively.All the physiochemical indexes of craft beer brewed by yeasts Y3 and Y4 could meet the relevant national standards.The results of HS-SPME-GC-MS shown that a total of 67 volatile flavor compounds were detected in craft beer brewed by the three yeasts.Based on ROAV>1,a total of 26 key flavor components were screened out.Among them,ethyl hexanoate,1-decanol and coconut aldehyde were the unique aroma substances in craft beer brewed by yeasts Y3 and Y4.The three samples of craft beers brewed by the three yeasts were well distinguished by PCA,and the craft beer brewed by yeast Y3 had harmonious flavor,prominent floral and fruity aromas,and harmonious and soft body.

Key wordssourdough;Saccharomyces cerevisiae;craft beer;fermentation characteristic;volatile flavor component;principal component analysis

中图分类号TS261.1

文章编号:0254-5071(2025)07-0195-08

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2025.07.028

引文格式卢玉,刘涛,李慧,等.酸面团源酿酒酵母的发酵性能及其对精酿啤酒风味和品质的影响[J].中国酿造,2025,44(7):195-202.

收稿日期2024-10-09

修回日期:2025-03-31

基金项目国家重点研发计划(2023YFF1105203)

作者简介卢 玉(1982-),女,高级工程师,硕士,研究方向为食品科学。

*通讯作者赵 凯(1982-),男,高级工程师,硕士,研究方向为食品科学。