黃淑霞，余俊紅，尹花，陸健，董建軍，胡淑敏，劉佳

1(江南大學(xué)，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫，214122)3(青島啤酒股份有限公司，啤酒生物發(fā)酵工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266100)

研究報(bào)告

不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化性能差異分析

黃淑霞1,2,3，余俊紅3，尹花3，陸健1,2*，董建軍3，胡淑敏3，劉佳3

1(江南大學(xué)，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫，214122)3(青島啤酒股份有限公司，啤酒生物發(fā)酵工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266100)

研究了不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化相關(guān)指標(biāo)分布特點(diǎn)及性能差異，為優(yōu)選麥芽，提高啤酒新鮮度提供依據(jù)?；谌芤耗Ｐ停芯看_定了單酚物質(zhì)阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸能抑制脂肪氧合酶(lipoxygenase, LOX)的催化作用，金屬離子能促進(jìn)LOX酶作用；隨后測定啤酒廠6種常用麥芽品種的11項(xiàng)脂質(zhì)氧化指標(biāo)，方差分析顯示，不同麥芽品種的反-2-壬烯醛(trans-2-nonenal, T2N)、壬烯醛潛力(nonenal potential, NP)、單酚、金屬離子之間存在顯著差異；判別分析顯示,加麥Copeland、加麥Metcalfe和甘啤在脂質(zhì)氧化指標(biāo)上較接近；基于主成分分析，建立脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出脂質(zhì)氧化程度低的麥芽。

脂質(zhì)氧化；脂肪氧合酶；反-2-壬烯醛；壬烯醛潛力；啤酒新鮮度

新鮮度是評(píng)價(jià)啤酒可飲性的重要指標(biāo)，其老化機(jī)理極其復(fù)雜，包括脂質(zhì)氧化、氨基酸的Strecker降解、酒花物質(zhì)的氧化等[1]，其中麥芽中不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生的反-2-壬烯醛(trans-2-nonenal，T2N)是導(dǎo)致啤酒風(fēng)味嚴(yán)重?cái)?、新鮮度下降的重要物質(zhì)之一，在啤酒中表現(xiàn)為紙板味，閾值僅為0.1 μg/L。

脂質(zhì)的氧化分為酶促氧化和非酶氧化2種方式。酶促氧化以脂肪氧合酶(lipoxygenase，LOX)為關(guān)鍵酶，研究發(fā)現(xiàn)，使用高LOX活力麥芽釀造的啤酒的T2N含量較高，兩者呈正相關(guān)[2-3]。非酶氧化包括胺基化合物與醛的加成、光自氧化、醇醛縮合等，后2種途徑在實(shí)際生產(chǎn)中不易控制。GUIDO[4]等認(rèn)為，從制麥開始，T2N就與胺基化合物加成，作為麥芽的殘余壬烯醛潛力(nonenal potential，NP)，一直存在于成品麥芽中。SOPHIE[5]和HISAO[6]等認(rèn)為，糖化過程也是NP形成的重要階段，在發(fā)酵階段此加成物不會(huì)被酵母還原，在啤酒老化過程中逐步釋放出游離T2N，影響啤酒新鮮度。

T2N含量可以通過優(yōu)化制麥或糖化工藝來降低。青島啤酒公司采取適當(dāng)提高制麥干燥溫度以及延長干燥時(shí)間、提高蛋白休止溫度、降低醪液pH等措施，使LOX平均降低56%，麥汁T2N含量平均降低43%[3]。札幌啤酒公司往麥汁中通入CO2，脂肪酸的中間產(chǎn)物氫過氧化物的量減少了67%[7]。但調(diào)整釀造工藝有一定的限制，還需考慮到是否對(duì)麥芽或麥汁的其他指標(biāo)造成影響，從而影響啤酒的質(zhì)量。如果能從原料源頭控制脂質(zhì)氧化程度，提高原料新鮮度，就能更有效地降低T2N，進(jìn)而提高啤酒新鮮度。

札幌啤酒公司通過雜交育種手段獲得無lox基因的大麥品種[8-10]，大幅度降低了T2N含量，但由于價(jià)格問題，還沒有大面積推廣使用。對(duì)于啤酒廠來講，還是希望從目前使用的麥芽中篩選脂質(zhì)氧化程度低的麥芽品種。

已有研究表明，不同麥芽品種的LOX活力存在較大差異[3,11-12]。但單純考慮LOX活力的差異還不足以篩選低脂質(zhì)氧化麥芽，一方面因?yàn)長OX酶是一種熱敏感酶，提高焙焦溫度雖然會(huì)大幅度降低LOX活力，但壬烯醛前驅(qū)體NP可能已經(jīng)生成，仍然會(huì)后續(xù)影響T2N的生成，也就是說LOX活力高了肯定不好，但LOX活力低了不一定就好。有資料顯示，將麥芽或麥汁NP含量作為預(yù)測貨架期啤酒T2N的指示因子[4]，但沒有將麥芽LOX活力、T2N、NP綜合考慮來評(píng)價(jià)麥芽的脂質(zhì)氧化程度，不夠全面。

另一方面，因?yàn)辂溠勘旧砭褪且粋€(gè)復(fù)雜的氧化還原系統(tǒng)，例如麥芽為啤酒貢獻(xiàn)了70%～80%的酚類物質(zhì)，尤其是低分子量的單酚類物質(zhì)對(duì)啤酒抗氧化力的貢獻(xiàn)是非常大的；例如金屬離子促進(jìn)基態(tài)氧轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚匝酰饘匐x子含量高也會(huì)大幅度降低啤酒風(fēng)味穩(wěn)定性[12-14]。

因此，我們需要全面考慮影響脂質(zhì)氧化的指標(biāo)，而不是用單一的指標(biāo)來評(píng)價(jià)麥芽的脂質(zhì)氧化程度。我們篩選了包括LOX活力、3個(gè)單酚物質(zhì)、5個(gè)金屬離子、T2N、NP含量在內(nèi)的11項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于這些指標(biāo)中有些是抑制脂質(zhì)氧化的，比如單酚物質(zhì)，是影響脂質(zhì)氧化的正面因素；而其他指標(biāo)如金屬離子、LOX活力等是影響脂質(zhì)氧化的負(fù)面因素，因此還需要將所有指標(biāo)都考慮在內(nèi)，建立一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)， 用于評(píng)判麥芽的脂質(zhì)氧化程度。

本研究首先評(píng)估單酚和金屬離子對(duì)脂質(zhì)氧化的影響；其次測定啤酒廠常用麥芽品種的11項(xiàng)脂質(zhì)氧化相關(guān)指標(biāo)，分析其分布特點(diǎn)；并采用多種統(tǒng)計(jì)分析方法如方差分析、相關(guān)性分析、判別分析等研究這些脂質(zhì)氧化指標(biāo)的相關(guān)性，以及基于這些指標(biāo)，綜合分析不同麥芽品種之間是否存在明顯差異；最后，基于主成分分析，建立麥芽脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分，篩選低脂質(zhì)氧化性能的麥芽。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麥芽：來自中糧大連、大連興澤、永順泰等全國20多家麥芽廠；單酚標(biāo)準(zhǔn)品(阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸)，美國Sigma公司；還原型谷胱甘肽、VC、反-2-壬烯醛、亞油酸、對(duì)氟苯甲醛、乙腈(HPLC級(jí))、三氟乙酸，美國Sigma公司；金屬元素標(biāo)準(zhǔn)品，德國Merck公司；硝酸：Up級(jí)，蘇州晶銳化學(xué)試劑公司；其他試劑，生工生物工程(上海)股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Ultrospec 2100pro紫外分光光度計(jì)，美國GE公司；高壓液相色譜HPLC，美國Waters公司；iCAP6300電感耦合等離子體光譜儀，美國Thermo Fisher公司；MarsXpress微波消解儀，美國CEM公司；Integral 5純水系統(tǒng)，美國Millipore公司；Clarus600 GC-MS，美國PerkinElmer公司；固相微萃取自動(dòng)進(jìn)樣器，瑞士CTC 公司；65 μm PDMS-DVB固相微萃取纖維,美國Supelco 公司；DB-5 ms(60 m×320 μm×0.25m)色譜柱，美國Agilent公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 麥汁糖化方法

參考啤酒廠實(shí)際糖化工藝及文獻(xiàn)報(bào)道[2]，具體糖化工藝流程：將麥芽磨成細(xì)粉，料水比為1∶5，50 ℃休止40 min，升溫到65 ℃，保持60 min，升溫到76 ℃后，5 000 r/min離心10 min，得到的上清液即糖化麥汁。除了LOX活力是測定麥芽樣品外，其他指標(biāo)都是測定的麥汁中含量。

1.3.2 模擬反應(yīng)體系的建立

由于實(shí)際麥汁中成分較多，機(jī)理復(fù)雜，因此構(gòu)建底物和LOX酶的體外模擬反應(yīng)體系，研究在同等LOX活力下酚類物質(zhì)、金屬離子對(duì)脂質(zhì)酶促反應(yīng)的影響。

亞油酸是麥芽中最重要的不飽和脂肪酸，因此底物選擇亞油酸。氫過氧化物是亞油酸和LOX酶作用的中間產(chǎn)物，含有共軛雙鍵，在234 nm下有紫外吸收。以氫過氧化物的動(dòng)力學(xué)變化作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，記錄5 min內(nèi)吸光值的變化量。

1.3.3 單酚物質(zhì)的測定[12-14]

麥汁經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后直接進(jìn)HPLC檢測。進(jìn)樣量10 μL，流動(dòng)相為0.01%三氟乙酸水溶液和乙腈混合液，進(jìn)行梯度洗脫。柱溫：30 ℃。在210 nm下檢測兒茶酸，在322 nm下檢測咖啡酸、阿魏酸。

1.3.4 金屬離子的測定[15-16]

取10 mL樣品到聚四氟乙烯復(fù)合材料(TFM)消解罐中，加入5 mL濃硝酸(68%)，加蓋置于微波消解儀中消解，消解完成冷卻后去蓋，消解液及沖洗液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用去離子水定容待測。稀釋2.5倍，用光譜儀分析，采用外標(biāo)法定量。

1.3.5 脂肪氧合酶(LOX)活力的測定[17-18]

取5 g麥芽細(xì)粉加入5 mL醋酸緩沖液(pH 5.0)于水浴中低溫提取，10 000 r/min離心10 min后獲得粗酶液。在25 ℃水浴條件下，向2.9 mL磷酸緩沖液(pH 8.5)中加入50 μL粗酶液和50 μL亞油酸底物進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)1 min和4 min時(shí)分別測定234 nm下的吸光度，對(duì)照加2.95 mL磷酸緩沖液和50 μL亞油酸底物，對(duì)照作為測定時(shí)的空白。將吸光度在單位時(shí)間內(nèi)的變化率定義為1個(gè)酶活力單位(U/g)，計(jì)算4 min和1 min時(shí)的吸光度差值，乘以稀釋倍數(shù)，除以麥芽質(zhì)量得到該麥芽的LOX酶活力。

1.3.6 反-2-壬烯醛的測定[19-20]

采用SPME-GC-MS柱上衍生技術(shù)，GC條件: 色譜柱DB-5MS，使用氦氣為載氣，流速為1 mL/min。進(jìn)樣口溫度為250 ℃。無分流進(jìn)樣。程序升溫: 初始溫度為60 ℃，保持2 min后以5 ℃/min的速率升溫至180 ℃；接著以1 ℃/min的速率升溫至190 ℃；以30 ℃/min的速率升溫至250 ℃，保持3 min。MS條件: 電子轟擊(EI) 離子源，電子能量為70 eV，GC-MS 接口溫度為 250 ℃; 離子源溫度為 230 ℃; 四極桿溫度為150 ℃; 掃描范圍為50～ 550 amu。

麥汁稀釋10倍，加入2 g NaCl，使用50 μL對(duì)氟苯甲醛作為內(nèi)標(biāo)，測定反-2-壬烯醛含量。

1.3.7 壬烯醛潛力的測定[2,4]

用磷酸將麥汁pH調(diào)到4.0，通入氬氣排除空氣，加入50 μL內(nèi)標(biāo)對(duì)氟苯甲醛和2 g NaCl，沸水浴加熱2 h，冷卻后稀釋50倍，按照1.3.6測定反-2-壬烯醛含量，乘以稀釋倍數(shù)即為壬烯醛潛力含量。

1.3.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

用SPSS 17.0軟件對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、Pearson相關(guān)性分析、判別分析、主成分分析，評(píng)價(jià)不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化指標(biāo)之間的相關(guān)性，麥芽品種之間是否有顯著差異，以及建立脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，用于篩選低脂質(zhì)氧化麥芽。

2 結(jié)果與分析

2.1 單酚、金屬離子對(duì)脂質(zhì)氧化的影響

2.1.1 單酚物質(zhì)對(duì)LOX酶促反應(yīng)的影響

基于文獻(xiàn)報(bào)道[12-14]，選擇還原效果較好的3種單酚物質(zhì)(阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸)和2種其他還原物質(zhì)(還原型谷胱甘肽、VC)，向亞油酸與LOX的模擬反應(yīng)體系中，分別單獨(dú)添加后，與空白對(duì)照比較5min內(nèi)吸光值的變化量，根據(jù)變化量計(jì)算降低比例，考察對(duì)LOX酶促反應(yīng)的抑制效果。

結(jié)果如圖1所示，5種還原物質(zhì)對(duì)脂質(zhì)酶促反應(yīng)的抑制效果：阿魏酸=兒茶酸=咖啡酸>VC>還原型谷胱甘肽。阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸的抑制率達(dá)100%。表明這3種單酚物質(zhì)能明顯抑制LOX的酶促氧化作用。

圖1 還原物質(zhì)對(duì)LOX酶促反應(yīng)的影響Fig.1 The influence of reducing substances on LOX enzyme reaction

2.1.2 研究金屬離子對(duì)LOX酶促反應(yīng)的影響

向亞油酸與LOX的模擬反應(yīng)體系中，分別加入FeCl3、FeSO4、CaCl2、MgCl2、KCl、NaCl，與空白對(duì)照比較5 min內(nèi)吸光值的變化量，根據(jù)變化量計(jì)算增長比例，考察6種金屬離子對(duì)LOX酶促反應(yīng)的催化效果。結(jié)果如圖2所示，金屬離子對(duì)LOX酶促反應(yīng)的催化效果為：Mg2+>Fe3+>Fe2+>Na+>K+>Ca2+。Mg2+、Fe3+、Fe2+的催化效果明顯，吸光值增長率分別達(dá)到69%、65%、50%，表明Mg2+、Fe3+能顯著催化加速LOX酶促氧化作用。

圖2 金屬離子對(duì)LOX酶促反應(yīng)的影響Fig.2 The influence of metal ion on LOX enzyme reaction

2.2 不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化指標(biāo)差異

采集來自全國不同麥芽廠的6個(gè)品種共37個(gè)麥芽樣品，其中加麥Copeland 10個(gè)，加麥Metcalfe 3個(gè)，澳麥Gairdner 9個(gè)，澳麥Scope 3個(gè)，澳麥Bass 3個(gè)，國麥甘啤9個(gè)。

分析不同麥芽品種在11項(xiàng)脂質(zhì)氧化相關(guān)指標(biāo)(3種單酚物質(zhì)、5種金屬離子、LOX活力、T2N、NP)上的分布特點(diǎn)，指標(biāo)之間的相關(guān)性，品種之間是否有明顯差異，以及篩選低脂質(zhì)氧化麥芽。

2.2.1 不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化指標(biāo)分布特點(diǎn)

采用SPSS中的箱圖對(duì)比分析37個(gè)麥芽的11項(xiàng)指標(biāo)含量，如圖3～圖6所示。

圖3 不同麥芽品種的LOX活力，T2N、NP含量對(duì)比Fig.3 The comparison of LOX activity, T2N and NP content in different malt varieties

圖4 不同麥芽品種的單酚物質(zhì)含量對(duì)比Fig.4 The comparison of monophenol content in different malt varieties 注：圖中咖啡酸含量=實(shí)際含量×10

圖5 不同麥芽品種的Mg2+、K+含量對(duì)比Fig.5 The comparison of Mg2+, K+ ion content in different malt varieties

圖6 不同麥芽品種的Fe、Na、Ca離子含量對(duì)比Fig.6 The comparison of Fe, Na, Ca ion content in different malt varieties注：圖中Fe含量=實(shí)際含量×100

加麥Metcalfe、澳麥Scope的LOX活力普遍較低，都在10 U/g以下。而其他麥芽品種，在同一品種內(nèi)的LOX活力差異都較大，離散程度大，如澳麥Gairdner的最小值為0.91 U/g，最大值為20.65 U/g。甘啤的LOX活力普遍較高一些，為7.72～27.83 U/g。

甘啤和加麥Copeland的T2N含量較高，澳麥Bass的含量較低，T2N總范圍為2.06～23.69 μg/L。

加麥Copeland、澳麥Gairdner和甘啤的NP含量都較高，在同一品種內(nèi)，離散程度較大，如澳麥Gairdner的NP含量為11.10～48.14 μg/L。

加麥Metcalfe和Copeland的阿魏酸含量較高，兒茶酸、咖啡酸含量較低。澳麥Scope的3種單酚含量都較低，但比較集中。而澳麥Gairdner、加麥Copeland和甘啤的阿魏酸離散程度較大。

Mg2+含量范圍在85～114 mg/L，其中澳麥Bass的Mg2+較低，都在100 mg/L以下；澳麥Scope的Mg2+較高；甘啤、澳麥Gairdner的離散程度較大。

加麥Metcalfe的K+含量較高，澳麥Bass的較低，澳麥Gairdner、加麥Copeland的離散程度較大。

加麥Copeland和Metcalfe的Fe離子含量較高，澳麥Gairdner的較低。除了澳麥Bass和澳麥Scope外，其余4個(gè)麥芽品種的Fe離子離散程度都較大。甘啤和加麥Metcalfe的Na+含量較低，澳麥Gairdner和加麥Copeland的Na+離散程度較大。加麥Metcalfe的Ca2+含量較低，澳麥Gairdner和甘啤的Ca2+離散程度較大。

2.2.2 方差分析

以品種為組，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，分析組間多項(xiàng)指標(biāo)之間是否有顯著差異。

如表1所示，不同麥芽品種的T2N、阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸、Mg2+、K+、Ca2+含量之間存在非常顯著的差異(P<0.01)，NP含量、Fe離子之間存在顯著差異(P<0.05)，而LOX活力、Na+含量之間沒有顯著差異(P>0.05)。

分析原因，麥芽LOX活力除了與品種遺傳特性有關(guān)外，還與制麥工藝很相關(guān)，通過優(yōu)化制麥工藝可以降低LOX活力[21]。雖然同一麥芽品種的常規(guī)指標(biāo)都在企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但由于制麥設(shè)備的差異，制麥工藝會(huì)有所不同，導(dǎo)致同一品種的LOX活力差異較大。

NP含量與LOX酶反應(yīng)途徑、非酶氧化途徑都有關(guān)，LOX酶反應(yīng)產(chǎn)生的T2N是構(gòu)成NP的前體物質(zhì)，非酶氧化中氨基酸和T2N加成也生成NP[22]，影響因素很多。

不同品種之間的單酚和大多數(shù)金屬離子有明顯差異，表明這些指標(biāo)在很大程度上受基因型支配。

表1 不同麥芽品種脂質(zhì)氧化指標(biāo)的單因素方差分析

注：*顯著性水平為0.05，**顯著性水平為0.01

2.2.3 Pearson相關(guān)性分析

使用SPSS軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，如表2所示。結(jié)果顯示T2N含量與LOX活力正相關(guān)，與兒茶酸負(fù)相關(guān)，分析可能原因，T2N主要來自LOX酶反應(yīng)途徑，兒茶酸是主要的抑制因子。NP含量與Ca離子正相關(guān)，與LOX沒有顯著相關(guān)性，分析原因，LOX途徑產(chǎn)生的T2N中大部分仍然以游離狀態(tài)存在，而小部分參與到NP的生成中，與胺基結(jié)合為加合物[22-24]。此處的T2N、NP是將麥芽在糖化條件下做成麥汁，測定的麥汁中的含量，沒有涉及到煮沸，資料報(bào)道除了糖化外，煮沸階段也是導(dǎo)致NP生成的重要階段[23-24]。

表2 不同麥芽品種脂質(zhì)氧化指標(biāo)的Pearson相關(guān)性分析

2.2.4 判別分析

判別分析是一種統(tǒng)計(jì)判別和分組技術(shù)，就一定數(shù)量樣本的一個(gè)分組變量和相應(yīng)的其他多元變量的已知信息，確定分組與其他多元變量信息所屬的樣本進(jìn)行判別分組。

使用SPSS軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析，以判別麥芽的分類狀況，如圖7所示。加麥Copeland、加麥Metcalfe和國麥甘啤的區(qū)域聚在一起，沒有明顯分開，表明這3個(gè)品種在11項(xiàng)脂質(zhì)氧化指標(biāo)上比較接近；澳麥Scope和澳麥Bass的區(qū)域接近；澳麥Gairdner與其他品種距離較大，表明澳麥Gairdner在脂質(zhì)氧化指標(biāo)上與其他品種有顯著差異。

圖7 不同麥芽品種脂質(zhì)氧化指標(biāo)的判別分析Fig.7 The discriminant analysis of of lipid oxidation indexes of different malt varieties

2.3 麥芽脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

麥芽脂質(zhì)氧化指標(biāo)較多，相關(guān)性造成評(píng)價(jià)信息相互影響，難以客觀反映各個(gè)麥芽品種脂質(zhì)氧化水平的大小。因此需要構(gòu)建脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)得分評(píng)價(jià)麥芽的脂質(zhì)氧化水平；而且還可以對(duì)不同的麥芽品種進(jìn)行大致排序，篩選低脂質(zhì)氧化的麥芽品種。

對(duì)11項(xiàng)脂質(zhì)氧化指標(biāo)進(jìn)行分類分析，其中3種單酚(阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸)作為正向變量，其余8項(xiàng)(LOX活力、T2N、NP、Mg、Fe、K、Na、Ca)作為負(fù)向變量，用SPSS首先對(duì)原始數(shù)據(jù)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后對(duì)正向變量和負(fù)向變量分別進(jìn)行降維與主成分提取。從3個(gè)正向變量中提取出一個(gè)主成分PC1，用1個(gè)新變量代替原來的3個(gè)變量。

PC1=-0.688×阿魏酸+0.966×兒茶酸+0.688×咖啡酸

公式中的變量是標(biāo)準(zhǔn)化值。基于主成分分析，以每個(gè)主成分乘以對(duì)應(yīng)的特征值除以各主成分特征值之和即得綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于提取的正向主成分只有一個(gè)，則：

正向綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)=PC1=-0.688×阿魏酸+0.966×兒茶酸+0.688×咖啡酸

對(duì)每個(gè)麥芽樣本計(jì)算正向綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分，按照品種分類做箱圖分析，如圖8所示。

圖8 不同麥芽品種的正向脂質(zhì)氧化指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)得分Fig.8 The comprehensive evaluation scores of positive lipid oxidation indexes of different malt varieties

3種澳麥的正向指標(biāo)得分都較高，表明澳麥中酚類物質(zhì)對(duì)脂質(zhì)氧化有著明顯的抑制作用，其中澳麥Gairdner雖然離散度較大，但整體得分最高。而甘啤與兩種加麥的正向指標(biāo)得分較低，表明在這3種麥芽中，酚類物質(zhì)作用較小。

從8個(gè)負(fù)向變量中提取出3個(gè)主成分PC1、PC2、PC3，用3個(gè)新變量代替原來的8個(gè)變量。

PC1=1.011×LOX活力+0.934×T2N+0.452×NP-0.107×Mg +0.608Fe+0.511×Na-0.819×K+0.357×Ca

PC2=-0.039×LOX活力-0.022×T2N+1.002×NP-0.306×Mg-0.85Fe+0.084×Na+0.336×K+0.905×Ca

PC3=-0.391×LOX活力+0.401×T2N+0.185×NP +0.925×Mg +0.232Fe-0.797×Na-0.17×K+0.455×Ca

公式中的變量是標(biāo)準(zhǔn)化值。以每個(gè)主成分乘以對(duì)應(yīng)的特征值除以各主成分特征值之和即得綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

負(fù)向綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)=(1.885×PC1+1.66×PC2+1.453×PC3)/(1.885+1.66+1.453)

對(duì)每個(gè)麥芽樣本計(jì)算負(fù)向綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分，按照品種分類做箱圖分析，如圖9所示。

圖9 不同麥芽品種的負(fù)向脂質(zhì)氧化指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)得分Fig.9 The comprehensive evaluation scores of negative lipid oxidation indexes of different malt varieties

負(fù)向綜合指標(biāo)得分越高，表明負(fù)向指標(biāo)對(duì)脂質(zhì)氧化的促進(jìn)作用越大，此麥芽品種的脂質(zhì)氧化程度越高。甘啤的負(fù)向綜合指標(biāo)得分最高，表明甘啤中的負(fù)向指標(biāo)對(duì)脂質(zhì)氧化的促進(jìn)作用最大。其次是加麥Copeland，負(fù)向得分較高，其離散程度也較大。3種澳麥和加麥Metcalfe的負(fù)向得分較低，表明對(duì)脂質(zhì)氧化作用較小。

按照正向指標(biāo)得分越高越好，負(fù)向指標(biāo)得分越低越好，建立脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)(Lipid Oxidation Index，LOI)。

脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分(LOI)=正向綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分-負(fù)向綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分=(-0.688×阿魏酸+0.966×兒茶酸+0.688×咖啡酸)-(1.885×PC1+1.66×PC2+1.453×PC3)/(1.885+1.66+1.453)

因此，對(duì)每個(gè)麥芽樣本都能得到一個(gè)脂質(zhì)氧化的綜合評(píng)價(jià)得分，用以評(píng)價(jià)麥芽的脂質(zhì)氧化程度，得分越高，脂質(zhì)氧化程度越低，提前預(yù)測啤酒的新鮮度。

根據(jù)脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)得分，將6個(gè)麥芽品種按照脂質(zhì)氧化程度從好到差大致排序：澳麥Bass>澳麥Gairdner>澳麥Scope>加麥Metcalfe>甘啤>加麥Copeland。3種澳麥的脂質(zhì)氧化程度低于甘啤和兩種加麥。澳Gairdner、甘啤、加Copeland的離散程度較大。

圖10 不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分Fig.10 The comprehensive evaluation scores of lipid oxidation of different malt varieties

3 結(jié)論

麥芽的脂質(zhì)氧化是影響啤酒新鮮度的主要老化途徑之一。研究不同麥芽品種的脂質(zhì)氧化指標(biāo)差異，建立脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)、篩選低脂質(zhì)氧化麥芽，可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，提高啤酒新鮮度。通過研究得到幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)麥芽中的單酚物質(zhì)阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸能抑制脂肪氧合酶作用，金屬離子Mg、Fe、Na能促進(jìn)LOX作用。

(2)不同麥芽品種之間的T2N、NP、阿魏酸、兒茶酸、咖啡酸、Mg2+、Fe3+、Fe2+、K+、Ca2+含量之間存在顯著差異，而LOX活力、Na+含量之間沒有顯著差異。

(3)T2N含量與LOX活力正相關(guān)，與兒茶酸負(fù)相關(guān)；NP含量與Ca2+正相關(guān)，與LOX沒有顯著相關(guān)性。

(4)加麥Copeland、加麥Metcalfe和國麥甘啤在脂質(zhì)氧化指標(biāo)上比較接近；澳麥Scope和澳麥Bass比較接近；澳麥Gairdner在脂質(zhì)氧化指標(biāo)上與其他品種有顯著差異。

(5)3種澳麥的正向評(píng)價(jià)指標(biāo)得分都較高，表明澳麥中酚類物質(zhì)對(duì)脂質(zhì)氧化有著明顯的抑制作用。甘啤的負(fù)向評(píng)價(jià)指標(biāo)得分最高，表明甘啤中這幾種負(fù)向指標(biāo)對(duì)脂質(zhì)氧化起著明顯的促進(jìn)作用。建立脂質(zhì)氧化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分，篩選低脂質(zhì)氧化麥芽。3種澳麥的脂質(zhì)氧化程度低于甘啤和2種加麥。

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Analysison difference of lipid oxidation performance in different malt varieties

HUANG Shu-xia1,2,3, YU Jun-hong3, YIN Hua3, LU Jian1,2*, DONG Jian-jun3

1(Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)2(National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)3(State Key Laboratory of Biological Fermentation Engineering of Beer, Tsingtao Brewery Co. LTD, Qingdao 266100, China)

The distribution characteristics and performance difference of lipid oxidation indexes in different malt varieties were studied to provide the basis for selecting malt and improving beer freshness. Based on the model prepared according to wort components, it was found that monophenol such as ferulic acid, catechin and caffeic acid could inhibit the lipoxygenase (LOX) action, while metal ions such as iron, magnesium and sodium could accelerate LOX enzyme action. Subsequently, eleven lipid oxidation indexes in six common malt varieties were analyzed. Variance analysis showed that there were significant differences in T2N content, NP content, monophenols and metal ions of different malt varieties. Discriminant analysis showed that Canadian malt Copeland, Metcalfe and Chinese malt Ganpi were similar in the lipid oxidation indexes.The comprehensive evaluation indicator of lipid oxidation was established based on the principal component analysis. Then the malt with lower comprehensive evaluation indicator was selected.

lipid oxidation; lipoxygenase;trans-2-nonenal; nonenal potential; beer freshness

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201702002

博士研究生，高級(jí)工程師(陸健教授為通訊作者，E-mail: jlu@jiangnan.edu.cn)。

國家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013AA102109)；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111計(jì)劃)資助項(xiàng)目(111-2-06)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目；青島市民生科技計(jì)劃項(xiàng)目(14-2-3-49-NSH)

2016-08-02，改回日期：2016-10-28