徐恒遠(yuǎn)，丁志成，王嘯塵，劉津尚，孫少康，宋家麟，王 玉，張浩軍，聶 聰*

（1.齊魯工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353；2.甘肅亞盛綠鑫啤酒原料集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 酒泉 735000）

啤酒花學(xué)名為蛇麻花（Humulus lupulus），屬于蕁麻目（Rosales）、大麻科（Cannabaceae）、葎草屬（Humulus），多年生宿根藤蔓攀援植物，酒花雌雄異株，雄花花苞較小呈白色，無(wú)釀造價(jià)值，雌花花苞較大，呈綠色松果狀葉片包裹，內(nèi)含蛇麻腺[1]，是啤酒釀造重要的原材料之一，在啤酒釀造中有著不可替代的作用。

啤酒花中含有幾十類化學(xué)物質(zhì)，其中具有釀造價(jià)值的主要成分為酒花多酚類物質(zhì)，酒花總樹(shù)脂以及酒花油[2]。啤酒花多酚物質(zhì)不但可以提高啤酒的抗氧化與澄清麥汁的能力，還可以提高啤酒的醇厚性，對(duì)苦味起到促進(jìn)作用[3]，酒花總樹(shù)脂中的α-酸和β-酸為酒花苦味成分前體物質(zhì)[4-5]，除了為啤酒提供爽口的苦味還能起到抑菌效果，延長(zhǎng)啤酒的儲(chǔ)存時(shí)間[6]。酒花油則是啤酒中酒花香氣的主要來(lái)源，其組成成分非常復(fù)雜，在啤酒中發(fā)揮作用的酒花揮發(fā)性香氣成分主要見(jiàn)表1[7-8]。酒花油中除含氧化合物與萜烯類物質(zhì)外，其有效成分還包括含硫化合物與部分醛類、酮類及各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8-10]。

表1 啤酒酒花中的風(fēng)味成分Table 1 Flavor components in beer hops

啤酒花大都分布于北緯30～60 °之間[11]，集中在亞歐大陸與北美洲[12]。全球約97%的啤酒花種植及壓縮片花的生產(chǎn)用于啤酒釀造行業(yè)。其中以德國(guó)和美國(guó)為主，兩國(guó)的啤酒花產(chǎn)量約占總啤酒花產(chǎn)量的75%～80%[13]。在中國(guó)的新疆、四川以及甘肅等地啤酒花種植行業(yè)也在迅速發(fā)展。其中甘肅河西走廊屬溫帶內(nèi)陸性氣候[14]，氣候干燥，光照充沛，滿足啤酒花生長(zhǎng)發(fā)育的要求[15]。當(dāng)?shù)赝恋刭Y源豐富且土地平整適宜機(jī)械化作業(yè)，由于其優(yōu)越的地理風(fēng)土條件，成為我國(guó)啤酒花主產(chǎn)地之一[16-17]。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前釀酒酒花栽培面積和產(chǎn)量均占全國(guó)的50%左右，年均產(chǎn)量位居全國(guó)第一[18-19]。

近幾年來(lái)，隨著精釀啤酒的興起，酒花干投技術(shù)被大量應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)中[20]，在干投過(guò)程中酒花由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)高溫煮沸，其中的萜烯類物質(zhì)和其他酒花精油中易揮發(fā)物質(zhì)沒(méi)有因揮發(fā)而損失[21]，各種樹(shù)脂類物質(zhì)也沒(méi)有異構(gòu)化，從而為啤酒帶來(lái)更多的生酒花味，這其中就包括了表1中列舉的各類香氣成分。所以判斷啤酒花質(zhì)量高低，是否具備釀造價(jià)值，除了運(yùn)用在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官品評(píng)外，運(yùn)用科學(xué)方式對(duì)其香氣物質(zhì)含量分析也具有重要意義。

本課題組曾對(duì)多個(gè)國(guó)家生產(chǎn)的卡斯卡特酒花進(jìn)行過(guò)橫向?qū)Ρ确治?，發(fā)現(xiàn)同樣品種的酒花香氣物質(zhì)會(huì)因地理環(huán)境、風(fēng)土條件不同而不同[22]。國(guó)外對(duì)不同產(chǎn)地酒花對(duì)比分析做過(guò)大量研究工作，本研究基于對(duì)甘肅亞盛綠鑫啤酒原料集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的7種酒花：卡斯卡特、D1號(hào)（D1號(hào)品種為2008年丁志成以卡斯卡特雌株與陜甘野生酒花雄株進(jìn)行人工授粉雜交，一年后從第一代子代中選育而來(lái)[23]。其特點(diǎn)為莖紅色，分枝短，抗病性強(qiáng)，產(chǎn)量高）、拿蓋特、柯密特、青島大花、哥倫布、哈拉道進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)對(duì)啤酒釀造過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)，將不同釀造階段添加不同酒花所得到的發(fā)酵液進(jìn)行全面檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行感官品評(píng)，評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)啤酒花的釀造特性，為國(guó)產(chǎn)啤酒花在啤酒行業(yè)中的釀酒應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)，對(duì)國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)商和啤酒原料供應(yīng)商有一定的參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

壓縮啤酒片花（2020年采收）：甘肅亞盛綠鑫啤酒原料集團(tuán)有限責(zé)任公司；大麥芽（澳洲比爾森麥芽）：粵海永順泰（昌樂(lè)）麥芽有限公司；干酵母US-05（500 g真空包裝）：法國(guó)弗曼迪斯公司。

標(biāo)準(zhǔn)樣品：月桂烯、香茅醇、芳樟醇、香葉醇、橙花醇、橙花叔醇、α-松油醇、香茅醛、β-蒎烯、石竹烯、氧化石竹烯、乙酸香茅酯、香葉酸甲酯、乙酸香葉酯（純度均＞98%）：美國(guó)Sigma-Aldrich 公司。

1.2 儀器與設(shè)備

XW-G1麥芽粉碎機(jī)：德州鑫威機(jī)械科技有限公司；ME204E型電子分析天平：上海天美天平儀器有限公司；SWCJ-2D超凈工作臺(tái)：蘇州博萊爾凈化設(shè)備有限公司；H1987手持式糖度計(jì)：河北慧采科技有限公司；7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用儀、HP-5（5%-苯基）-甲基聚硅氧烷毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）、DVB-CAR-PDMS型頂空固相微萃取裝置、聚二甲基硅氧烷StableFlex固相萃取頭（50/DVB/Car boxenonPDMSonaStableFlexfiber）：美國(guó)安捷倫科技公司。

1.3 方法

設(shè)置三組平行試驗(yàn)，通過(guò)模擬啤酒釀造過(guò)程，以不同酒花，不同添加工藝以及不同的發(fā)酵階段為變量分別取樣，將樣品使用頂空固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)其中的香氣物質(zhì)[24-25]。

1.3.1 樣品處理

麥汁制備：稱取大麥芽17.5 kg，使用麥芽粉碎機(jī)粉碎；按照料水比1∶4（kg∶L）在糖化鍋中加入投料水70 L，加熱升溫至65 ℃，將粉碎好的麥芽粉加入糖化鍋中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH值為5.5，恒溫糖化1 h后，將醪液升溫至72 ℃，再次糖化30 min。糖化結(jié)束后將醪液倒入過(guò)濾槽過(guò)濾頭道麥汁后，用76 ℃熱水洗糟三次后，再使用濾紙二次過(guò)濾獲得澄清麥汁，測(cè)量混合麥汁糖度值為13°P，加水調(diào)節(jié)麥汁糖度值至11°P，完成麥汁制備[26]。

對(duì)照組樣品：取少許麥汁置于燒杯中，使用紅外加熱爐加熱至沸騰，保持煮沸狀態(tài)1 h。因在煮沸過(guò)程中麥汁糖度上升，冷卻后測(cè)量糖度值，加入無(wú)菌水調(diào)節(jié)糖度值至11 °P，取50 mL加入離心管記錄為對(duì)照組（control group，CG）。

煮沸樣品：設(shè)置三組平行實(shí)驗(yàn)，每組取7個(gè)容量為5 L的三角瓶，分別編號(hào)為A、B、C、D、E、F、G。每瓶中加入3 L麥汁，模擬啤酒釀造煮沸過(guò)程，從麥汁沸騰開(kāi)始計(jì)時(shí)，總時(shí)長(zhǎng)為1 h。在此期間按1g/L的添加量加入啤酒花壓縮片花，煮沸開(kāi)始后10 min按編號(hào)順序A、B、C、D、E、F、G依次添加卡斯卡特、D1號(hào)、拿蓋特、柯密特、青島大花、哥倫布、哈拉道壓縮片花0.7 g；煮沸30 min時(shí)按上述序號(hào)依次添加壓縮片花1.3 g；煮沸結(jié)束前10 min按上述序號(hào)依次添加壓縮片花1.0 g。煮沸結(jié)束后，用水浴降溫至20 ℃時(shí)按編號(hào)依次取樣50 mL存入離心管中，依次編號(hào)為AⅠ、BⅠ、CⅠ、DⅠ、EⅠ、FⅠ、GⅠ。

主發(fā)酵樣品：三組平行實(shí)驗(yàn)，每組取14個(gè)1 L無(wú)菌聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）瓶，分別編號(hào)為A①、A②、B①、B②、C①、C②、D①、D②、E①、E②、F①、F②、G①、G②。在超凈臺(tái)中將三角瓶A中煮沸結(jié)束后的麥汁按每瓶800 mL的量轉(zhuǎn)入PET瓶A①、A②中，以此方式按編號(hào)依次添加，并在每個(gè)PET瓶中接入2 mL US-05酵母活化液（無(wú)菌水提前活化），以半封口狀態(tài)在20 ℃下進(jìn)行主發(fā)酵，每隔24 h取樣少許使用手持糖度計(jì)檢測(cè)糖度，當(dāng)糖度降低至4°P時(shí)，將溫度調(diào)整為22 ℃，瓶?jī)?nèi)壓力維持在較低水平，繼續(xù)進(jìn)行雙乙酰還原過(guò)程，該過(guò)程持續(xù)5 d。雙乙酰還原結(jié)束后將每個(gè)PET瓶中的發(fā)酵液依次取樣50 mL，但僅將編號(hào)為①瓶中的發(fā)酵液保存至離心管中，分別記為AⅡ、BⅡ、CⅡ、DⅡ、EⅡ、FⅡ、GⅡ。

酒花干投與非干投樣品：三組樣品分別取樣結(jié)束后對(duì)每組編號(hào)為①號(hào)的PET瓶中的發(fā)酵液進(jìn)行干投。酒花干投量為6 g/L[27-28]，每瓶中樣品含量為750 mL，取干酒花花苞（卡斯卡特、D1號(hào)、拿蓋特、柯密特、青島大花、哥倫布、哈拉道）各4.5 g，依次對(duì)A①、B①、C①、D①、E①、F①、G①進(jìn)行酒花干投。干投完后擰緊所有PET瓶蓋，維持原溫度儲(chǔ)存2 d后，將所有樣品置于4 ℃條件下儲(chǔ)存一周，一周后再次取樣，干投樣品分別記為AⅢ、BⅢ、CⅢ、DⅢ、EⅢ、FⅢ、GⅢ；非干投樣品分別記為AⅣ、BⅣ、CⅣ、DⅣ、EⅣ、FⅣ、GⅣ。

壓縮酒花片樣品：將干酒花片花磨碎后置于干燥離心管中，使用封口膜密封待測(cè)。

1.3.2 分析檢測(cè)

待測(cè)樣品處理：將待測(cè)樣品加入容量為50 mL的小三角瓶中，放入磁力轉(zhuǎn)子，使用保鮮膜多層封口。置于磁力攪拌器上，設(shè)置攪拌速度為200 r/min，預(yù)熱溫度為40 ℃，攪拌預(yù)熱5 min。預(yù)熱結(jié)束后將頂空固相微萃取裝置刺穿保鮮膜，在樣品液面上方對(duì)樣品成分進(jìn)行吸附萃取，保持原設(shè)定溫度與轉(zhuǎn)速進(jìn)行固相微萃取45 min。萃取結(jié)束后將萃取頭插入氣相色譜儀進(jìn)樣口進(jìn)行分析。

氣相色譜條件：載氣為高純氦氣；載氣流速1 mL/min；分流比30∶1；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱室初始溫度40 ℃，保持5 min；柱室升溫：以5 ℃/min速率升至210 ℃，保持3 min。

質(zhì)譜條件：電子電離（electronic ionization，EI）源，電子能量70ev，質(zhì)量掃描范圍30～400 m/z；四級(jí)桿溫度150 ℃；離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度280 ℃；電子倍增器電壓1 400 V。

定性方法：采用Masshunter Workstation B.03.01數(shù)據(jù)處理軟件；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）譜庫(kù)2.0檢索對(duì)比分析，保留與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)相似度＞80%的化合物。

定量方法：酒花香氣物質(zhì)采用外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品香氣物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分析

將待測(cè)樣品使用采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)后得到各類香氣物質(zhì)的含量分別見(jiàn)圖1～圖7，將三組平行實(shí)驗(yàn)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)取平均值，通過(guò)對(duì)各種香氣物質(zhì)含量分析判斷每種酒花的風(fēng)味與釀造特性。

圖1 在啤酒釀造不同時(shí)期添加卡斯卡特酒花后樣品香氣組成Fig.1 Aroma composition of samples after adding Cascade hops at different stage of beer brewing

圖2 在啤酒釀造不同時(shí)期添加D1號(hào)酒花后樣品香氣組成Fig.2 Aroma composition of samples after adding No.D1 hops at different stage of beer brewing

圖3 在啤酒釀造不同時(shí)期添加拿蓋特酒花后樣品香氣組成Fig.3 Aroma composition of samples after adding Nugget hops at different stage of beer brewing

圖4 在啤酒釀造不同時(shí)期添加柯密特酒花后樣品香氣組成Fig.4 Aroma composition of samples after adding Comet hops at different stage of beer brewing

圖5 在啤酒釀造不同時(shí)期添加青島大花后樣品香氣組成Fig.5 Aroma composition of samples after adding Tsingtao Flower hops at different stage of beer brewing

圖6 在啤酒釀造不同時(shí)期添加哥倫布酒花后樣品香氣組成Fig.6 Aroma composition of samples after adding Columbus hops at different stage of beer brewing

由圖1～圖7可知，在煮沸過(guò)程中添加酒花的樣品中，月桂烯、葎草烯與芳樟醇含量較高。進(jìn)行酒花干投的樣品中，較為突出的香氣物質(zhì)有月桂烯、石竹烯、香葉酸甲酯、葎草烯、芳樟醇。

圖7 在啤酒釀造不同時(shí)期添加哈拉道酒花后樣品香氣組成Fig.7 Aroma composition of samples after adding Hallertauer hops at different stage of beer brewing

2.2 干酒花花苞香氣物質(zhì)分析

干酒花花苞通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)后得到各類香氣物質(zhì)的含量見(jiàn)表2。

表2 干酒花花苞香氣物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果Table 2 Determination results of aroma substances contents in bud of dried hops μg/L

由表2可知，干酒花花苞中含量較高的幾種香氣物質(zhì)分別為芳樟醇、香葉酸甲酯、石竹烯、蒎烯、月桂烯與葎草烯，其中芳樟醇、香葉酸甲酯、蒎烯、葎草烯含量最高的干酒花花苞均為卡斯卡特，月桂烯含量最高的干酒花花苞為D1號(hào)，石竹烯含量最高的干酒花花苞為青島大花。

2.3 樣品感官品評(píng)

由齊魯工業(yè)大學(xué)酒花研究中心經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)品酒小組對(duì)煮沸中添加酒花的樣品進(jìn)行感官品評(píng)，品評(píng)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 在煮沸過(guò)程中添加酒花后樣品的感官品評(píng)結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of samples after adding hops during boiling

品評(píng)小組對(duì)干投冷儲(chǔ)后樣品AⅤ，BⅤ，CⅤ，DⅤ，EⅤ，F(xiàn)Ⅴ，GⅤ進(jìn)行啤酒感官品評(píng)，結(jié)果見(jiàn)圖8。

由圖1～圖7的香氣物質(zhì)結(jié)果與圖8的感官品評(píng)結(jié)果，結(jié)合表1香氣物質(zhì)對(duì)應(yīng)的氣味描述與閾值得出結(jié)論：添加卡斯卡特酒花的煮沸樣品中因葎草烯含量較高，能夠?yàn)槠【茙?lái)辛辣與木質(zhì)氣味，在品評(píng)過(guò)程中感受到了優(yōu)質(zhì)的苦味，在干投卡斯卡特酒花的樣品中月桂烯與芳樟醇含量較高，分別為0.458 μg/L，0.212 μg/L，為啤酒提供濃郁的花香與柑橘香以及西柚香味，所以卡斯卡特是一款優(yōu)秀的苦香兼優(yōu)型酒花；添加D1號(hào)的煮沸樣品中月桂烯含量較高，風(fēng)味與卡斯卡特相似，但苦味值要更加柔和，在使用D1號(hào)干投的樣品中香葉酸甲酯與月桂烯含量較為突出，分別為0.415 μg/L，0.324 μg/L，因此擁有卡斯卡特的柑橘芬芳又兼?zhèn)湟吧苹ǖ那喔涛叮诟泄倨吩u(píng)中還感受到了一股特殊的花香，尚未探明來(lái)自于哪種物質(zhì)；添加了拿蓋特的煮沸樣品中除月桂烯外葎草烯含量最高，為0.762 μg/L，拿蓋特酒花為啤酒提供豐富的泡沫和非常干凈且強(qiáng)烈的苦味，在干投了拿蓋特酒花的樣品中含量最高的為月桂烯0.996 μg/L，干投后則擁有特殊的木香、花香與草藥香；添加柯密特的煮沸樣品的苦味值相比其他幾種酒花較低，樣品中月桂烯含量最高，為0.772 μg/L，其干投樣品中含量最高的為葎草烯0.420 μg/L，干投后能給酒體帶來(lái)淡淡的青草味與爽口感以及西柚味、樹(shù)脂味，也可以形容為松木味，還擁有微弱的野生酒花的青柑味，其淡雅的香氣可以對(duì)花香類和果香類酒花形成風(fēng)味上的補(bǔ)充；青島大花無(wú)論是在煮沸還是干投得到的樣品所保留的揮發(fā)性香味物質(zhì)含量相較于其他六種酒花較少，最高數(shù)值為干投樣品中的葎草烯含量0.291 μg/L，但其在煮沸過(guò)程中添加能給啤酒來(lái)帶愉悅的苦味與爽口感；添加哥倫布的煮沸樣品中月桂烯與芳樟醇含量較高，其中月桂烯含量為1.852 μg/L，是六種酒花中數(shù)值最高的，煮沸樣品具有特殊的胡椒味與辛辣口感，苦味深厚，質(zhì)量?jī)?yōu)異，已知哥倫布酒花可以為啤酒提供大量α-酸[29]，因此可作為苦花使用，在干投樣品中除月桂烯外含量最高的為芳樟醇0.662 μg/L，但呈現(xiàn)出來(lái)的香氣卻是木香突岀，有輕微的樹(shù)脂味；哈拉道在煮沸樣品中葎草烯含量最高，為0.984 μg/L，在煮沸中添加使酒體平衡穩(wěn)定，可以得到細(xì)膩而高貴的青草風(fēng)味，在干投樣品中含量最高的為石竹烯與氧化石竹烯，分別為0.340 μg/L、0.440 μg/L，為啤酒提供了松木香氣與辛辣的香料味，感官品評(píng)中，干投后的樣品在青草香氣的基礎(chǔ)上還有水果與花香特征，使辛辣感更加柔和[30-32]。

圖8 酒花干投樣品感官品評(píng)雷達(dá)圖Fig.8 Sensory evaluation radar maps of dry-hopping samples

3 結(jié)論

國(guó)產(chǎn)卡斯卡特酒花是一款優(yōu)秀的苦香兼優(yōu)型酒花，可以在美式IPA、酒花拉格、波特以及大麥烈酒中使用；D1號(hào)作為國(guó)產(chǎn)雜交酒花為外國(guó)品種與本地野生酒花雜交樹(shù)立了典范，可以在美式IPA、深色艾爾、酒花拉格的釀造中添加；拿蓋特風(fēng)味獨(dú)特且耐儲(chǔ)存，非常適合釀造各式艾爾、世濤、賽松、烈性啤酒或窖藏啤酒的釀造；柯密特與酒花油含量高的品種如亞麻黃等配合使用效果更佳，可用于各種艾爾、拉格、英式苦啤與美式IPA的釀造；青島大花添加技術(shù)成熟，能給啤酒來(lái)帶愉悅的苦味與爽口感，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，是工業(yè)生產(chǎn)中增添苦味的最佳選擇，適用于拉格啤酒和淡色艾爾的釀造；哥倫布作為一款超酸型酒花可以提供大量α-酸[33]，但遺憾的是其儲(chǔ)存后風(fēng)味流失較為嚴(yán)重，在傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中與戰(zhàn)斧（Tomahawk）、宙斯（Zeus）合稱CTZ共同使用，干投中配合其他香花添加可以增進(jìn)香氣的厚重感，可以用于拉格啤酒、美式IPA、淡色艾爾、帝國(guó)世濤、大麥烈酒的釀造；哈拉道是傳統(tǒng)的德國(guó)酒花進(jìn)過(guò)培育而來(lái)的新型抗病酒花，適用于拉格、比爾森、博克、德式小麥與比利時(shí)小麥啤酒釀造[34]。

本研究將現(xiàn)有主要的幾種國(guó)產(chǎn)啤酒花香味成分與釀造價(jià)值進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析，對(duì)國(guó)產(chǎn)酒花在釀造過(guò)程中的添加提供一定的參考依據(jù)和理論支持。