精酿啤酒是以传统风格为基础酿制而成的啤酒，通过调整工艺、原料等赋予其独特的新鲜风味和口感[1-2]，为消费者提供多种风格和口味选择[3]。精酿啤酒酿造原料包括基础麦芽、特种麦芽、酵母、酒花等，其中特种麦芽被誉为精酿啤酒的“魔法师”，可赋予酒体丰富的色泽和风味[1,4]。特种麦芽是指在啤酒酿造过程中为突出啤酒色度、风味、酒体厚度等特点而使用的谷物制品，如结晶麦芽、咖啡麦芽、饼干麦芽等[2,5-6]。
结晶麦芽是一种广泛应用于啤酒酿造的焦香型特种着色麦芽，其外观呈琥珀色，内部胚乳为水晶、玻璃状[7]，带有焦糖和坚果香风味。其制麦工艺较为特殊，以绿麦芽为原料进行预糖化处理，再经高温焙烤而成[8-9]。结晶麦芽的色泽与风味主要源于美拉德反应和焦糖化反应产物，包括醇、醛、酸、酮、酯以及多种含氧、含氮杂环化合物，可赋予其独特的太妃糖和焦糖风味[8]。同时，这些反应对提升麦芽结晶率及色泽形成也具有重要影响[10]。研究表明，结晶麦芽特征香气化合物为异丁醛、异戊醛、壬醛、2-甲基丁醛等物质，它们贡献典型的焦糖、水果、奶油、巧克力、柑橘等风味[11-12]。Wang Shuo等[13]用实验室自制结晶麦芽进行啤酒酿造，发现使用结晶麦芽可以提高精酿啤酒的感官质量，包括味道、香气和整体接受度。Berning等[3]研究表明，在啤酒酿造过程当中，用特种麦芽替代基础麦芽会降低麦汁的可发酵糖和游离氨基氮水平，还可降低其双乙酰含量。啤酒酿造中添加结晶麦芽不仅能给啤酒带来焦糖、太妃糖等令人愉悦的风味，提升啤酒感官品质，还赋予啤酒高级的红宝石色[14]。按照色度不同可将结晶麦芽分为浅色结晶麦芽和深色结晶麦芽[15]。结晶麦芽色度不同，麦芽外观、香味、浸出物含量及还原糖含量均有区别，对啤酒理化指标和风味也会产生不同的影响[16]。麦芽中的糖类物质是酿酒酵母的重要营养物质，因此不同色度结晶麦芽因制备工艺等差别引发的浸出物、还原糖差异，可能影响酵母的酿造性能。目前针对结晶麦芽在啤酒酿造中的应用已有诸多研究，但不同色度结晶麦芽对啤酒酵母生长、代谢、风味物质积累及啤酒理化指标影响的系统性研究仍较为匮乏。
本研究以4款不同色度结晶麦芽为原料，制备色度5.1～23.3 EBC的精酿啤酒，采用顶空固相微萃取法结合气相色谱-质谱（headspace-solid phase microextraction-gaschromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技术测定发酵啤酒挥发性物质组成，量化结晶麦芽色度与啤酒色度、酵母发酵性能之间的关联，分析结晶麦芽色度对啤酒发酵工艺及品质影响，为结晶麦芽在精酿啤酒中的开发应用及消费者对精酿啤酒的选择提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
基础麦芽、4种结晶麦芽（结晶I（78.4 EBC）、结晶Ⅱ（113.7 EBC）、结晶Ⅲ（136.7 EBC）、结晶Ⅳ（221.5 EBC）） 中粮麦芽（大连）有限公司；诺丁汉酵母 加拿大拉曼公司；萨兹酒花 雅基玛酒花有限公司；氢氧化钠、无水乙醇（均为分析纯）、浓硫酸、乙酸（均为优级纯） 中国医药集团有限公司；正构烷烃、1,2,3-三氯丙烷（均为色谱纯） 上海安谱实验科技股份有限公司。
1.2 仪器与设备
BSA224S称量天平、PB-10 pH计 德国赛多利斯仪器公司；HHS21-4水浴锅 上海博迅实业有限公司；LHS-100CH恒温恒湿培养箱 上海一恒科技有限公司；BGT-12协定糖化仪 日本BIOER公司；AC2-4S1生物安全柜 新加坡艺思高科技有限公司；SQ510C蒸汽灭菌器 日本雅马拓公司；MilliQ35纯水仪 美国密理博公司；LM3310旋风磨 波通瑞华科学仪器（北京）有限公司；GCMS-2020NX GC-MS仪 日本岛津公司；DMA4500M密度仪 安东帕（上海）商贸有限公司；UltraScan VIS色差仪 美国亨特立公司。
1.3 方法
1.3.1 啤酒酿造操作要点
参照文献[17]的方法略作修改。麦汁浓度8 °P，酒花添加量0.5 g/L，酵母用无菌水活化后以0.5 g/L添加量加入麦汁中，培养温度16 ℃，结晶麦芽添加量为10%。
将基础麦芽协定糖化麦汁记为M1，结晶麦芽I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ协定糖化麦汁记为M2、M3、M4、M5。使用灭菌的1 L蓝盖瓶分装麦汁800 mL，采用H2O2溶液对发酵栓进行液封。16 ℃静置培养。麦汁接种前、接种后以及发酵过程中，每天取样检测，并称质量，单日质量损失（基本等同于CO2损失量）在0.2 g/800 mL以内，发酵结束。将发酵上清液转入无菌啤酒瓶，0～4 ℃后熟，待酵母沉降完毕时，无明显双乙酰气味，完成啤酒酿造。M1麦汁酿造啤酒记为B1，M2、M3、M4、M5麦汁酿造啤酒记为B2、B3、B4、B5。
1.3.2 酵母生长曲线测定
麦汁接种前、接种后以及发酵过程中，每天取发酵液，梯度稀释（平板菌落数10～150个）后涂布于YPD平板，28 ℃培养72 h后测定活菌数[17]。绘制酵母生长曲线。
1.3.3 麦汁发酵液及啤酒理化指标与颜色参数测定
啤酒乙醇体积分数、双乙酰含量、总酸含量、色度：根据GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》[18]进行检测；pH值：采用pH计检测；麦汁和啤酒颜色参数（L*、a*、b*值）：将协定糖化麦汁和啤酒适当稀释后，用色差仪测定。
1.3.4 啤酒的感官评价
发酵结束后，由经专业培训的品评人员组成感官评价小组，参考GB/T 4928—2008[18]对啤酒香气、口感及有无明显缺陷予以评价，并进行喜好度打分，感官评价标准见表1。
表1 啤酒感官评价标准
Table1 Sensory evaluation criteria of beer
项目满分标准评分花/果香有明显的花香，果香0～5香料味有明显的酚香、丁香味0～5青苹果味有明显的青苹果味0～5乙醇刺激味有乙醇刺激味0～5焦糖味有明显的红糖、太妃糖、枫糖浆味0～5焙烤味有明显的烤坚果、烤面包、烟熏、谷物味0～5老化味有明显的老化味、纸板味0～5双乙酰味有明显的酸奶味0～5污染臭味有明显的污染臭味0～5杀口感有明显的CO2刺激感0～5口感丰富度口感丰富，酒体柔和、协调0～5苦味有明显的苦味0～5涩味有明显的涩味0～5酸味有明显的酸感0～5甜味有明显的甜感0～5
1.3.5 挥发性化合物测定
挥发性化合物检测方法参考文献[19]的方法并有所调整。
样品制备：取脱气后的啤酒样品5 mL于螺口顶空进样瓶中，加入3 g氯化钠，准确加入10 mg/L 2,3-三氯丙烷溶液（内标）100 μL，加密封垫、铝盖压紧摇匀。
定性定量分析：通过GC-MS检测分析啤酒挥发性化合物，获取总离子流图；运用NIST 14标准谱库匹配样品色谱峰，筛选匹配度大于80%的物质，以保留指数（retention index，RI）实测值与文献值差值小于50为判定标准进行定性分析；采用内标法进行定量分析。
气味活度值（odor activity value，OAV）分析：根据啤酒中风味化合物的质量浓度和各物质的香气阈值[20]计算各风味化合物的OAV。
1.4 数据处理
所有实验进行3次，使用WPS 365企业版进行数据分析与绘图，数据表示为
±s，使用JMP 16.2软件进行单因素分析，P＜0.05表示具有统计学差异；使用JMP 16.2软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。
2 结果与分析
2.1 酵母生长曲线及麦汁发酵速率
由图1可知，M1～M4发酵36 h时酵母生长进入稳定期，此时酵母数分别为1.53×108、1.43×108、1.47×108、1.35×108 CFU/mL；M5发酵48 h时酵母生长进入稳定期，此时酵母数为1.36×108 CFU/mL。M1～M5发酵48 h时发酵速率达到最大值，发酵至144 h后，CO2损失量小于0.4 g/800 mL，基本达到发酵终点。M2～M4中酵母生长速率和发酵速率与M1无显著差异（P＞0.05）；M5中酵母生长速率和发酵速率略低于M1。酵母在较低色度结晶麦芽制备的麦汁中生长不受影响，而在较高色度结晶麦芽制备的麦汁中生长速率减缓，这种现象可能与深色结晶麦芽中类黑素含量较高有关。研究表明，类黑素可能影响酵母发酵速率，深色麦芽中类黑素含量较浅色麦芽高[5,21]，这解释了酵母在M5中发酵速度偏低的现象。总体而言，酵母在不同色度结晶麦芽所制麦汁中均表现出较好的发酵速率和生长特征。
图1 不同麦汁发酵过程中酵母生长曲线（A）及发酵速率变化（B）
Fig.1 Yeast growth curves (A) and changes in fermentation rate (B) during the fermentation of different worts
2.2 不同色度结晶麦芽对啤酒理化指标的影响
由表2可知，不同麦芽酿造啤酒的理化指标均符合GB/T 4927—2008《啤酒》[22]的要求。B1～B4啤酒的乙醇体积分数为4.34%～4.43%，组间差异不显著（P＞0.05），B5啤酒的乙醇体积分数（4.18%）显著低于其他啤酒（P＜0.05）。研究表明，生产特殊麦芽过程中发生的美拉德反应会导致麦汁中可发酵糖和氨基酸水平降低[23]，结晶麦芽Ⅳ焙烤程度较高，可发酵糖水平差异可能是造成B5啤酒乙醇含量偏低的原因，但是焙烤程度较低结晶麦芽不会对啤酒乙醇含量产生影响。与B1相比，B2～B5啤酒pH值均下降、总酸含量上升，说明结晶麦芽酿制啤酒缓冲能力上升。研究表明，结晶麦芽可以提高啤酒有机酸含量，这种改变可以赋予啤酒更丰富的口感[24-25]。B1～B5啤酒的双乙酰含量差异不显著（P＞0.05），说明啤酒酿造中添加结晶麦芽并未影响酵母的双乙酰还原能力。
表2 不同色度结晶麦芽酿造啤酒理化指标
Table2 Physicochemical indexes of beer brewed with crystal malts of different chromaticities
啤酒乙醇体积分数/%pH总酸体积分数/%双乙酰质量浓度/（mg/L）B14.43±0.20a4.24±0.19a1.35±0.12a0.09±0.01a B24.34±0.31a4.23±0.28a1.47±0.10b0.10±0.02a B34.39±0.21a4.23±0.20a1.49±0.07b0.10±0.01a B44.41±0.15a4.20±0.14b1.55±0.15c0.11±0.03a B54.18±0.17b4.18±0.18c1.61±0.04c0.10±0.02a
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。
2.3 不同色度结晶麦芽对麦汁与啤酒色度的影响
由图2A可知，随着结晶麦芽色度的上升，麦汁的L*值呈下降趋势，麦汁逐渐变暗；a*值整体呈上升趋势，麦汁色调由绿色向红色方向发生偏移；b*值呈上升趋势，麦汁黄色所点比重上升。M1～M5麦汁b*值均明显高于a*值，说明在结晶麦芽麦汁中，黄色所点比重大于红色。这可能是因为黄色发色团优先于红色发色团形成，并且与黄色美拉德反应产物的反应温度低于红色美拉德反应产物 有关[26]。
图2 结晶麦芽色度对麦汁（A）和啤酒（B）色度的影响
Fig.2 Effects of crystal malt chromaticity on chromaticity of wort (A) and beer (B)
由图2B可知，随着结晶麦芽色度的上升，啤酒色度也随之升高。啤酒的L*值呈下降趋势，说明啤酒逐渐变暗；a*值呈上升趋势，说明啤酒开始出现明显的红色调；b*值呈上升趋势，说明麦汁黄色所点比重上升。B1～B5啤酒色度分别为5.0、9.5、13.1、16.2、23.3 EBC，将结晶麦芽色度和所酿啤酒色度进行相关性分析，相关系数为0.991，表明结晶麦芽色度和发酵后啤酒色度有极强的相关性。
啤酒颜色特征受在300、420 nm波长处具有最大吸收峰的类黑素组分的影响，还和类黑素与氨基酸、单糖及二糖等形成的有色复合物在特定波长下的吸收特性密切相关[27]。结晶麦芽色度上升导致啤酒红色视觉表现降低，这一现象对旨在获得特定红色酒体的酿造工艺构成挑战。焙焦温度影响结晶麦芽色度及类黑素组分，进而影响酿造啤酒色度，制麦工艺师可根据市场需求改善结晶麦芽生产工艺，为啤酒酿造师提供色度更优的结晶麦芽产品。
2.4 不同色度结晶麦芽对啤酒风味的影响
由图3可知，5款啤酒pH值差别虽然较小，但感官酸度有差异，添加结晶麦芽后，啤酒酸味略有上升。5款啤酒中，B3花/果香味评分最高（3.64分），B2、B4、B5略低于B1。和B1相比，B2～B4香料味、青苹果味、老化味较弱，杀口感降低。随着结晶麦芽色度升高，啤酒焙烤味、焦糖味、口感丰富度、甜味评分升高，苦味、涩味评分降低，说明啤酒酿造时加入结晶麦芽可以赋予酒体焙烤香和焦糖香，麦芽色度越高香气越丰富，甜度升高，苦味和涩味被弱化。结晶麦芽烘烤程度不同，风味和颜色也不同，浅色结晶麦芽具有温和的焦糖味和琥珀色，而深色结晶麦芽具有浓郁的焦糖味和深棕色[28]，不同色度结晶麦芽赋予啤酒不同外观和风格。其中B3喜好度评分最高（4.21分），可能与其花果香丰富、焙烤味和焦糖味与酸味和甜味协调、苦度适中有关。
图3 不同色度结晶麦芽酿造啤酒感官评价
Fig.3 Sensory evaluation results of beer brewed with crystal malts of different chromaticities
由表3可知，不同色度结晶麦芽酿造啤酒各检测到51、52、54、52、55种挥发性风味化合物，5种啤酒中都富含酯类、醇类、酸类化合物。以OAV≥1从5个啤酒样品中共筛选出28种关键香气物质，其中10种酯类化合物、7种醇类化合物、4种酸类化合物、2种醛类化合物、2种酮类化合物、1种酚类化合物、2种烯类化合物。挥发性酯类是所有样品中含量最丰富的一类，它们是发酵饮料果味的主要来源[29]。B2～B5总酯含量均高于B1。麦汁中美拉德反应产物类黑素可以提高啤酒酯类和醇类物质含量，赋予啤酒更多的果香味和醇厚感[30]。丁酸乙酯、癸酸甲酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯在5种啤酒中的OAV均较高，赋予酒体甜味、果味（苹果味、香蕉味、菠萝味）、脂肪味、油腻味、青草味、蜡味及轻微酒味。其中癸酸甲酯质量浓度随麦芽色度增加有上升趋势，而苯丙酸乙酯和油酸乙酯是添加结晶麦芽后啤酒中特有的酯类物质，可赋予啤酒果味、玫瑰味、蜂蜜味、酒味、油脂味、肥皂味和乳制品味。月桂酸乙酯是添加结晶麦芽Ⅳ所酿啤酒中特有的酯类物质，可赋予啤酒蜡味、肥皂味、花香味、奶油味和水果味。
表3 不同色度结晶麦芽酿造啤酒挥发性风味物质含量与OAV
Table3 Contents and odor activity values of volatile flavor substances in beer brewed with crystal malts of different chromaticities
B1B2B3B4B5风味物质风味描述阈值/RI（文献值/（mg/L）计算值）质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV苯丙酸乙酯果味、玫瑰味、蜂蜜味、酒味0.11 905/1 915ND0.003 6＜10.013 2＜10.007 0＜10.006 5＜1醋酸辛酯柑橘味、蜡味0.0121 476/1 4760.004 4＜10.006 1＜10.006 0＜10.006 8＜1ND丁酸乙酯甜味、苹果味0.000 51 044/1 0720.053 0106.000.068 1136.200.069 0138.000.066 0132.000.068 1136.20癸酸甲酯果味、脂肪味、油腻味0.0031 614/1 5850.078 126.030.090 030.000.097 032.330.099 033.000.10535.00癸酸乙酯甜味、苹果味、蜡味0.0051 633/1 6650.028 05.600.031 66.320.035 87.160.040 48.080.023 84.76己酸乙酯甜味、菠萝味、香蕉味、青草味、蜡味0.0051 230/1 1800.841 0168.200.777 0155.400.764 0152.800.734 0146.800.697 0139.40邻苯二甲酸二异丁酯芳香气味2 526/2 5760.119 30.089 80.075 70.134 80.038 0壬酸甲酯梨味、蜡味、青草味、芹菜味、酒香味0.041 496/1 4900.005 5＜10.007 5＜10.010 6＜10.009 6＜10.010 5＜1壬酸乙酯热带葡萄味、干邑味、蜡味、肥皂味0.3771 535/1 5490.127 0＜10.099 0＜10.131 0＜10.144 0＜10.123 0＜1十一烯酸甲酯花香21 718/1 7100.166 5＜10.143 5＜10.228 5＜10.194 5＜10.183 0＜1五甲基呋喃溴酸酯脂肪味、蜡味、花瓣味2 028/2 0160.005 10.003 60.045 60.004 90.015 9香叶酸甲酯水果味0.51 677/1 6640.005 3＜10.006 8＜10.003 2＜10.004 2＜10.006 0＜1辛酸-2-苯乙酯甜味、果味、奶油味、乳酸味、花香味102 335/2 3120.005 9＜10.004 0＜10.006 4＜10.004 7＜10.003 9＜1辛酸甲酯青草味、蜡味、柑橘味0.21 378/1 3640.040 7＜10.042 4＜10.046 4＜10.041 6＜10.052 4＜1辛酸乙酯水果味、奶油味、肥皂味0.019 31 441/1 4860.354 018.340.647 433.540.425 022.020.400 220.740.405 220.99辛酸异戊酯甜味、果味、蜡味、椰子味、干邑味0.071 670/1 6230.005 3＜10.010 8＜10.010 0＜10.009 8＜10.005 0＜1乙基9-癸烯酸酯果味、脂肪味21 703/1 6741.051 0＜10.994 0＜11.376 0＜11.233 0＜10.954 0＜1乙酸苯乙酯甜味、蜂蜜味、玫瑰味、果味、青草味0.251 825/1 8450.456 11.820.445 71.780.505 62.020.460 61.840.418 31.67乙酸己酯青草味、甜味、果味0.0021 276/1 2620.003 61.800.003 51.750.003 41.700.002 91.450.002 31.15乙酸乙酯轻微酒味、果味0.005893/8670.587 0117.400.550 0110.000.590 0118.000.536 0107.200.634 0126.80乙酸异丁酯甜味、水果味、香蕉味0.0251 018/1 0620.037 01.48NDND0.033 01.320.062 02.48
续表3
B1B2B3B4B5风味物质风味描述阈值/RI（文献值/（mg/L）计算值）质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV乙酸异戊酯甜味、水果味、香蕉味、成熟青草味0.0021 121/1 0740.940 0470.001.158 0579.001.364 0682.001.190 0595.001.247 0623.50油酸乙酯油脂味、肥皂味、乳制品味2 466/2 469ND0.004 60.008 10.006 40.007 4月桂酸甲酯蜡味、乳脂味、椰子味1 813/1 775NDND0.035 4ND0.019 1月桂酸乙酯蜡味、肥皂味、花香味、奶油味、水果味0.41 847/1 824NDNDNDND0.025 8＜1棕榈酸甲酯油味、蜡味、脂肪味、鸢尾味22 223/2 2280.035 5＜10.035 7＜10.059 0＜10.037 3＜10.061 8＜1棕榈酸乙酯蜡味、黄油味、香草味22 243/2 2340.030 1＜10.032 6＜10.054 7＜10.045 4＜10.060 7＜1合计4.979 35.255 25.963 65.446 15.235 6α-毕橙茄醇木香、药草香2 218/2 263ND0.004 50.005 80.004 60.004 01-壬醇果味、油脂味0.1/0.007 1＜10.008 5＜10.007 1＜10.009 7＜1ND 2-糠醇甜味、香草味、奶香味、焦糖味1.91 666/1 624NDNDNDND0.005 9＜12-壬醇蜡味、肥皂味、果味、奶味0.0581 528/1 4840.004 3＜10.006 5＜10.005 8＜10.005 3＜1ND 2-十一醇蜡味、脂肪味0.0861 706/1 7450.015＜10.016 9＜10.017 1＜10.018 0＜10.013 2＜1苯乙醇水果味、 蜂蜜味、丁香味、玫瑰味0.564 23/1.189 92.111.293 92.291.332 32.361.540 42.731.303 42.31反式-橙花叔醇青草味、花香味、果味0.0642 042/2 0350.055 2＜10.040 9＜10.039 8＜10.051 6＜10.041 6＜1芳樟醇柑橘味、柠檬味、花香、蜡味、木香0.000 221 552/1 5970.017 378.640.020 894.550.021 798.640.021999.550.022 5102.27金合欢醇花味、果味、香菜味0.022 372/2 3250.025 51.280.028 21.410.023 81.190.029 51.480.032 21.61肉豆蔻醇果味、糯莺尾味、椰子味2 200/2 2150.036 20.025 30.049 50.028 00.036 6香茅醇柑橘味、玫瑰味0.010 61 756/1 7690.005 8＜10.007 8＜10.008 9＜10.007 5＜1ND香叶醇玫瑰味0.006 61 831/1 864ND0.012 81.940.005 9＜10.009 11.38ND异丁醇杂醇味、威士忌味6.505 21 094/1 1200.051 7＜10.050 6＜1ND0.054 4＜10.047 8＜1异戊醇杂醇味、发酵味、香蕉味、白兰地味0.0711 211/1 2540.587 28.270.563 97.940.652 69.190.590 18.310.605 78.53月桂醇肥皂味、醛味、泥土味、香菜味0.0161 970/2 0130.146 99.18ND0.351 721.98ND0.068 24.26正庚醇坚果味、青草味0.005 41 462/1 469NDNDNDND0.013 12.43正辛醇蜡味、青草味、果味0.0421 564/1 6010.013 8＜10.016 2＜10.013 4＜10.015 4＜10.009 9＜1合计2.155 92.096 82.535 42.385 52.204 1醋酸酸味、过熟水果味221 452/1 4900.034 5＜10.030 8＜10.035 7＜10.036 8＜10.032 4＜1癸酸肥皂味、蜡味、水果味0.132 246/2 2290.062 3＜1ND0.076 4＜1ND0.051 0＜1己酸奶酪味、水果味0.0931 854/1 8330.043 6＜10.049 9＜10.054 1＜10.058 3＜10.057 5＜1壬酸果味0.1/0.558 05.580.393.900.472 04.720.527 05.270.380 03.80辛酸奶酪味、油脂味、肥皂味0.912 061/2 0251.429 81.571.311 81.441.453 81.601.446 41.591.517 01.67异戊酸乳制品味、发酵味、甜味、蜡味、浆果味0.0121 680/1 6330.016 11.34NDNDNDND 9-癸烯酸蜡味、奶油味、奶酪味0.012 348/2 3690.035 83.580.035 43.540.054 75.470.054 25.420.045 04.50月桂酸椰子味102 505/2 4610.005 6＜10.005 4＜10.024 9＜10.006 2＜10.012 2＜1合计2.185 71.823 32.171 62.128 92.095 1椰子醛椰子味0.009 72 035/2 0410.022 92.360.023 42.410.024 82.560.025 22.600.027 62.85乙醛醛味、青草味0.025 1714/7070.005 1＜10.004 2＜10.007 7＜10.005 7＜10.035 01.39合计0.028 00.027 60.032 50.030 90.062 62-癸酮发酵味、奶酪味0.0031 494/1 5370.002 5＜10.004 61.530.003 61.200.003 21.070.005 21.732-十一酮蜡味、果味、奶酪味0.51 598/1 5630.004 9＜10.004 0＜10.004 2＜10.004 6＜10.003 4＜1大马士酮苹果味、玫瑰味、蜂蜜味0.000 051 834/1 8280.003 978.000.004 284.000.004 284.000.005 0100.000.005 1102.00合计0.011 30.012 80.012 00.012 80.013 7
续表3
B1B2B3B4B5风味物质风味描述阈值/RI（文献值/（mg/L）计算值）质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV质量浓度/（mg/L）OAV 2-甲氧基-4-乙烯苯酚酚味、木质味、烟熏味、松脂味0.0032 156/2 1740.007 52.500.006 52.170.006 02.000.006 22.070.004 11.37合计0.007 50.006 50.006 00.006 20.004 13,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳四烯青草味、果味0.0011 752/1 707ND0.007 27.200.006 06.000.004 34.300.005 85.80金合欢烯木质味、柑橘味、草本味、甜酒味0.011 662/1 6760.013 91.390.019 61.960.014 51.45ND0.016 11.61合计0.013 90.026 80.020 50.004 30.021 92-乙酰基吡咯甜味、果味、坚果味58.585 251 952/1 930NDNDNDND0.003 2＜1合计0.003 2
注：ND.未检出；/.未检索到。
高级醇类是啤酒中重要的风味组成之一，赋予酒类甜味、果味等正向风味，同时增加酒的协调性和醇厚感[31]。 B3～B5总醇含量均高于B1。芳樟醇、异戊醇、苯乙醇在5种啤酒中的OAV均较高，赋予酒体甜味（蜂蜜味）、果味（香蕉味、柠檬味）、花香味（玫瑰味）、香料味（丁香味）和其他味（杂醇味、蜡味）。其中芳樟醇质量浓度随麦芽色度增加有上升趋势，α-毕橙茄醇是添加结晶麦芽后啤酒中特有的风味物质，可赋予啤酒木香、药草香。2-糠醇和正庚醇是添加结晶麦芽Ⅳ后啤酒中特有的风味物质，可赋予啤酒甜味、香草味、奶香味、焦糖味、坚果味。感官评价结果中，B5啤酒焦糖味得分最高，可能与这2种风味物质有关。以这些关键风味物质作为指标，更精准、更有效地进行配方设计、工艺优化、风味调控和质量控制，有助于生产出具有理想且稳定焦糖、甜香、奶香、坚果风味的啤酒。
添加结晶麦芽后啤酒中的酸类物质总含量均低于B1。添加结晶麦芽后，啤酒中未检测到异戊酸，可能和添加结晶麦芽后麦汁中油酸含量变化有关[32]。异戊酸属于短链脂肪酸，其浓度超过感官阈值时，会赋予啤酒不悦异味[33]。由此可见，添加结晶麦芽可有效抑制异戊酸产生，削弱其对啤酒风味的消极影响。适量挥发酸能为啤酒增添果香与清爽酸感，其与酯类、酚类物质协同作用，可以平衡啤酒风味，提升啤酒口感层次[34]。
结晶麦芽制备时，原料在高温下发生美拉德反应与焦糖化反应，会生成醛类、酮类等大量特征风味物质[35]。其中，椰子醛质量浓度随麦芽色度增加有上升趋势，赋予啤酒椰香味。啤酒中酮类物质的总含量也随麦芽色度增加有上升趋势，2-癸酮、2-十一酮和大马士酮赋予啤酒发酵味、奶酪味、蜡味、苹果味、玫瑰味、蜂蜜味。2-乙酰基吡咯是添加结晶麦芽Ⅳ后啤酒中特有的风味物质，赋予啤酒甜味、果味、坚果味。120～140 ℃条件下美拉德反应可生成带有焦糖、坚果风味的吡咯类物质，因此啤酒酿造过程中可根据结晶麦芽焙焦工艺预测啤酒的风味特点。
2.5 啤酒风味化合物PCA
B1～B5啤酒中香气成分复杂多样，为直观体现结晶麦芽对精酿啤酒香气成分的影响，对OAV≥1的挥发性风味化合物的OAV进行PCA，结果见图4。5种啤酒风味化合物共提取出4个特征值大于1的PC。由于前3个PC的方差贡献率分别为43.45%、23.76%和18.72%，累计方差贡献率已经达到85.93%，可以解释5种啤酒挥发性化合物的总体差异，因此，选择前3个PC进行进一步分析。
图4 不同色度结晶麦芽酿造啤酒中挥发性风味化合物PCA双标图
Fig.4 Biplot of principal component analysis for volatile flavor compounds in beer brewed with crystal malts of different chromaticities
由图4可知，PC1方差贡献率最高（43.45%），正半轴主要反映癸酸甲酯、芳樟醇、椰子醛、大马士酮等花果香、木质味和蜂蜜味成分；PC1负半轴主要反映己酸乙酯、乙酸己酯、2-甲氧基-4-乙烯苯酚等甜味、果香、青草味、木质味成分。PC2方差贡献率点23.76%，正半轴主要反映癸酸乙酯和香叶醇等甜味、花果香、蜡味成分。PC3方差贡献率点18.72%，负半轴主要反映具有水果味/奶油味的辛酸乙酯成分。
5种啤酒可以根据挥发性风味物质进行有效区分。B1～B5啤酒样品沿PC1轴呈现明显分离，说明PC1维度上挥发性风味化合物差异主要来源于结晶麦芽色度。B3啤酒样品位于PC1零轴，B4、B5啤酒样品在PC1正半轴上得分较高，表明癸酸甲酯、芳樟醇、椰子醛、大马士酮这些挥发性化合物可能是中高色度结晶麦芽所酿啤酒的特征风味物质。美拉德反应和焦糖化反应会生成结晶麦芽特征风味醛类和酮类等风味物质，这些风味物质可赋予啤酒特殊的焦糖味、蜂蜜味，且结晶麦芽色度越高，这些风味物质贡献越大[34,36]。B1和B2啤酒样品在PC1负半轴得分较高，说明己酸乙酯、乙酸己酯、2-甲氧基-4-乙烯苯酚可能是基础麦芽和低色度结晶麦芽所酿啤酒的特征风味物质。B1啤酒和B5啤酒样品在PC2负半轴上得分较高，B2、B3、B4啤酒样品在PC2正半轴上得分较高，说明低、中等色度结晶麦芽所酿制啤酒甜香和花果香更突出。B2啤酒样品在PC3负半轴上得分较高，辛酸乙酯质量浓度最高（0.647 4 mg/L），说明辛酸乙酯与低色度结晶麦芽所酿啤酒风味关系更密切。B3、B4啤酒样品在PC3正半轴上得分较高，说明B2啤酒和B3、B4啤酒样品在PC3的物质组成上存在差异。
不同色度结晶麦芽所酿啤酒特征风味物质不同。癸酸甲酯、芳樟醇、椰子醛、大马士酮为中高色度结晶麦芽所酿啤酒的特征风味物质，赋予啤酒更浓郁的果香、玫瑰味、木香和蜂蜜味。己酸乙酯、乙酸己酯、2-甲氧基-4-乙烯苯酚在基础麦芽和低色度结晶麦芽中含量较高。癸酸乙酯和香叶醇在低、中色度结晶麦芽所酿啤酒中含量较丰富。这些风味物质不仅赋子结晶麦芽怡人的焦糖味、奶油香味和甜味，也在精酿啤酒的风味与颜色上发挥重要作用[36]，因此啤酒酿造过程中可根据目标风格选择合适的结晶麦芽。
3 结 论
本研究分析了不同色度结晶麦芽对酿造啤酒挥发性风味物质及品质的影响，揭示了结晶麦芽对相关发酵体系中酵母性能、啤酒理化性质与挥发性风味物质等的影响规律。在啤酒中添加10%低色度结晶麦芽对酵母生长无显著影响，但10%高色度（221.5 EBC）结晶麦芽会降低酵母发酵性能，降低啤酒中的乙醇含量。结晶麦芽色度和发酵后啤酒色度有极强的相关性（相关系数0.991），随着结晶麦芽色度的上升，啤酒的L*值逐渐下降，啤酒逐渐变暗；a*值和b*值呈上升趋势，啤酒色调向橙红方向发生系统性偏移。不同色度结晶麦芽酿造啤酒感官特征有差异，随着结晶麦芽色度升高，酿造啤酒焙烤味、焦糖味、口感丰富度、甜味评分升高，苦味、涩味减弱。高色度结晶麦芽可赋予啤酒花果香、焙烤味和焦糖味，以及酸甜协调、苦度适中的口感，有助于感官喜好度的提升。5款啤酒特征香气物质不尽相同，挥发性化合物癸酸甲酯、芳樟醇、椰子醛和大马士酮质量浓度随结晶麦芽色度升高有上升趋势，倾向于形成结晶麦芽所酿啤酒的特征风味。本研究的结果可为结晶麦芽在精酿啤酒中的应用提供数据和理论支撑。
[1] Garavaglia C, Swinnen J. The craft beer revolution: an international perspective[J]. Choices, 2017, 32(3): 1-8. DOI:10.22004/ag.econ.261900.
[2] Prado R, Gastl M, Becker T. Aroma and color development during the production of specialty malts: a review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2021, 20(5): 4816-4840.DOI:10.1111/1541-4337.12806.
[3] Berning J, Mccullough M P. Theme overview: global craft beer renaissance[J]. Choices, 2017, 32(3): 1-21. DOI:10.22004/ag.econ.261899.
[4] Villacreces S, Blanco C A, Caballero I. Developments and characteristics of craft beer production processes[J]. Food Bioscience,2022, 45: 101495. DOI:10.1016/j.fbio.2021.101495.
[5] Castro L F, Affonso A D, Lehman R M. Impact of specialty malts on wort and beer characteristics[J]. Fermentation, 2021, 7(3): 137.DOI:10.3390/fermentation7030137.
[6] Dabija A, Ciocan M E, Chetrariu A, et al. Buckwheat and amaranth as raw materials for brewing, a review[J]. Plants, 2022, 11(6): 756.DOI:10.3390/plants11060756.
[7] 任光辉, Foster T, Hansen B. 认识结晶麦芽与焦香麦芽[J].中外酒业·啤酒科技, 2017(5): 61-64. DOI:10.3969/j.issn.1008-4819.2017.03.013.
[8] Vandecan S M G, Daems N, Schouppe N, et al. Formation of flavor,color, and reducing power during the production process of dark specialty malts[J]. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 2011, 69(3): 150-157. DOI:10.1094/ASBCJ-2011-0626-01.
[9] 陈文波, 佟恩杰, 苏红旭, 等. 特种麦芽品质形成机理分析及分类系统构建[J]. 中国酿造, 2023, 42(11): 22-27. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2023.11.004.
[10] Almaguer C, Kollmannsberger H, Gastl M, et al. Daily assessment of malting-induced changes in the volatile composition of barley (Hordeum vulgare L.), rye (Secale cereale L.), and quinoa (Chenopodium quinoa Willd.)[J]. Journal of Food Science, 2023,88(9): 3773-3785. DOI:10.1111/1750-3841.16717.
[11] Cai Guolin, Gu Hong, Han Bingxin, et al. Characterization of the aroma compounds in crystal malt[J]. Journal of Food Science, 2023,88(1): 204-213. DOI:10.1111/1750-3841.16430.
[12] 于淼, 马明娟, 毋思敏, 等. 六款特种麦芽风味物质和感官特性分析[J]. 食品工业科技, 2020, 41(20): 246-250; 265. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2020.20.040.
[13] Wang Shuo, Zhao Chuanyan, Wang Yirong, et al. Effects of crystal malts as adjunct on the quality of craft beers[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2022, 46(7): e16684. DOI:10.1111/jfpp.16684.
[14] 顾宏. 结晶麦芽的研制及其在啤酒酿造中的应用[D]. 无锡: 江南大学, 2020. DOI:10.27169/d.cnki.gwqgu.2020.000136.
[15] BRIGGS D E. Malts and malting[M]. Great Britain: Blackie Academic Professional, 1998: 133-741.
[16] 牛丽敏, 张一, 刘日平, 等. 结晶麦芽品质形成机理分析及制备工艺研究进展[J]. 中国酿造, 2025, 44(2): 26-31. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2025.02.005.
[17] 佟恩杰, 李小燕, 赵凯, 等. 酿酒酵母对无醇啤酒酿造特性及风味的影响[J]. 中国酿造, 2023, 42(10): 32-38. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2023.10.006.
[18] GB/T 4928—2008 啤酒分析方法[S].
[19] 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 Chemistry, 2020, 317: 126466. DOI:10.1016/j.foodchem.2020.126466.
[20] Van Gemert L J. Compilations of odour threshold values in air, water and other media[M]. Vollenhove: Oliemans Punter & Partners BV,2003.
[21] Rakete S, Klaus A, Glomb M A. Investigations on the Maillard reaction of dextrins during aging of pilsner type beer[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(40): 9876-9884. DOI:10.1021/jf503038c.
[22] GB/T 4927—2008 啤酒[S].
[23] Hellwig M, Henle T. Maillard reaction products in different types of brewing malt[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2020, 68(48): 14274-14285. DOI:10.1021/acs.jafc.0c06193.
[24] Bettenhausen H M, Barr L, Broeckling C D, et al. Influence of malt source on beer chemistry, flavor, and flavor stability[J].Food Research International, 2018, 113: 487-504. DOI:10.1016/j.foodres.2018.07.024.
[25] Szwajgier D. Content of individual phenolic acids in worts and beers and their possible contribution to the antiradical activity of beer[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2009, 115(3): 243-252. DOI:10.1002/j.2050-0416.2009.tb00376.x.
[26] Sun Yufa, Lin Long, Zhang Peiyu. Color development kinetics of Maillard reactions[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2021, 60(9): 3495-3501. DOI:10.1021/acs.iecr.1c00026.
[27] Gribkova I, Eliseev M, Kosareva O, et al. Evaluation of melanoidin contribution to colour characteristics of brewing products[J]. BIO Web of Conferences, 2023, 57: 03001. DOI:10.1051/bioconf/20235703001.
[28] 顾宏, 蔡国林, 张明, 等. 结晶麦芽生产的研究进展[J]. 中外酒业·啤酒科技, 2018(13): 4-9.
[29] Giannetti V, Boccacci Mariani M, Torrelli P, et al. Flavour component analysis by HS-SPME/GC-MS and chemometric modeling to characterize Pilsner-style Lager craft beers[J]. Microchemical Journal,2019, 149: 103991. DOI:10.1016/j.microc.2019.103991.
[30] 李存, 韩冰心, 褚贝贝, 等. 结晶麦芽类黑精对拉格啤酒酵母KS-12发酵的影响[J]. 食品与发酵工业, 2022, 48(22): 40-45.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.030653.
[31] He Yang, Dong Jianjun, Yin Hua, et al. Wort composition and its impact on the flavour-active higher alcohol and ester formation of beer: a review: wort composition and impact on higher alcohol and ester formation[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2014, 120(3):157-163. DOI:10.1002/jib.145.
[32] Olšovská J, Vrzal T, Štěrba K, et al. The chemical profiling of fatty acids during the brewing process[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2019, 99(4): 1772-1779. DOI:10.1002/jsfa.9369.
[33] Tanigawa C, Otori S, Takoi K, et al. Effects of branchedchain fatty acids derived from aged hops on the aroma of beer brewed with flavour hop varieties[J]. Brewing Science, 2024,77(11/12): 118. DOI:10.23763/BrSc24-09tanigawa.
[34] Montanari L, Perretti G, Natella F, et al. Organic and phenolic acids in beer[J]. LWT-Food Science and Technology, 1999, 32(8): 535-539.DOI:10.1006/fstl.1999.0593.
[35] Coghe S, Gheeraert B, Michiels A, et al. Development of Maillard reaction related characteristics during malt roasting[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2006, 112(2): 148-156. DOI:10.1002/j.2050-0416.2006.tb00244.x.
[36] Martins S I F S, Jongen W M F, van Boekel M A J S. A review of Maillard reaction in food and implications to kinetic modelling[J].Trends in Food Science & Technology, 2000, 11(9/10): 364-373.DOI:10.1016/S0924-2244(01)00022-X.