IPA啤酒中酒花香味物质的研究进展

崔云前，任辉，成冬冬

（齐鲁工业大学生物工程学院，山东济南250353）

IPA啤酒中酒花香味物质的研究进展

崔云前，任辉，成冬冬

（齐鲁工业大学生物工程学院，山东济南250353）

随着啤酒工业的发展，印度浅色爱尔啤酒（IPA）越来越受消费者的欢迎。酒花赋予啤酒丰富的风味，IPA啤酒的突出特点是酒花香味丰富。该文对IPA中酒花香味物质及其对IPA啤酒香味的影响和其在发酵过程中的变化的最新研究做了全面综述，同时探讨了酒花干投和湿投对IPA口味的影响，并介绍了目前酒花香味物质的分析方法，为今后酒花香气研究者提供参考，以推动啤酒行业发展。

IPA啤酒；酒花香味物质；啤酒香味；干投；湿投；分析方法

CUI Yunqian,REN Hui,CHENG Dongdong
(College of Bioengineering,Qilu University of Technology,Jinan 250353,China)

IPA beer;hops aroma compounds;beer aroma;dry-hopping;wet-hopping;analysis method

IPA全称印度浅色艾尔啤酒（India pale ale），顾名思义，IPA啤酒指的就是起源于印度的利用传统Ale型啤酒生产工艺生产的浅色Ale型啤酒[2]，也是世界上传统的啤酒类型之一，近几年在国内也逐渐流行开来。目前，国内啤酒市场竞争日益剧烈，普通的拉格啤酒已经不能满足啤酒爱好的需求，IPA啤酒作为一种外来啤酒深受国内啤酒爱好者的追捧。IPA啤酒典型特点是酒花香味突出，因此源于酒花的香味物质对于IPA啤酒是至关重要的。随着特种啤酒的流行，酒花的作用更加明显。已有研究表明，啤酒中酒花香味主要来自于酒花精油。但是酒花精油中成分十分复杂，在酿造过程中，它经过高温煮沸、酵母的新陈代谢作用等一系列的反应，才形成了啤酒的酒花香。酒花香的影响因素十分广泛，目前还没有一个指标来准确衡量。有研究认为，酒花中的单萜醇类化合物对啤酒酒花香气的贡献较大，其中里那醇被大部分人认为是贡献酒花香味的关键物质[1]。因此，对IPA啤酒酒花香味物质的深入研究，对追求个性和完美的研究者和酿酒师都是一个挑战。文中全面综述了IPA中酒花香味物质及其对IPA啤酒香味的影响和其在发酵过程中的变化的最新研究，同时探讨了酒花干投和湿投对IPA口味的影响，并介绍了目前酒花香味物质的分析方法，旨在寻找IPA啤酒中酒花香气的形成和降解途径，为研究者提供一定的理论依据，也为啤酒企业研发新品种、提高经济效益奠定理论基础，最终推动啤酒行业的发展。

1 IPA啤酒和酒花香味物质

酒花是啤酒的酿造原料之一，酒花中含有酒花树脂、酒花油和多酚物质[3]。酒花香味物质主要来自于其中的酒花油。酒花油中的化学组分非常复杂。现在为止，已经检测到的酒花油成分有400多种。李红等[4]采用了静态顶空-气相色谱质谱法对酒花油成分进行分析，发现酒花油中主要为碳氢化合物、含氧化合物和含硫化合物。研究表明，萜烯类碳氢化合物占了酒花油中50%～80%左右，主要为α-蒎烯、β-蒎烯、香叶烯、柠檬烯、葎草烯、法尼烯、石竹烯和倍半萜烯等。含氧化合物占10%～25%，主要为里那醇、α-萜品醇、香叶醇、橙花叔醇、乙酸香叶酯、香叶酸甲酯、葎草烯环氧化物、石竹烯环氧化物以及一些醛类、酮类含氧化合物。含硫化合物占2%以下。

现在为止，越来越多的研究表明，含氧化合物中萜醇类化合物对IPA啤酒香味有很大的影响，其中里那醇一直被认为是影响啤酒香气的关键化合物。随着研究的深入，他们发现香叶醇、香茅醇、α-萜品醇、橙花叔醇、乙酸香茅酯、香叶酸甲酯、乙酸香叶酯对IPA啤酒的香气也有重大贡献[5-7，15]。

2 酒花香味物质对IPA啤酒香气的影响

IPA啤酒中的酒花香目前仍是一个具有争议的问题。但是目前普遍认为酒花中的萜烯醇类对啤酒香气的贡献较大。HEINLEIN A等[6]分析了31个酒花品种，确定了酒花挥发物中的11个香气组分。TRESSL R等[7]鉴定了啤酒花中的28种萜类化合物，同时发现在啤酒众多的香气成分中有47种物质是由啤酒花衍生的。随着啤酒工业的发展和分析技术的进步，以及对啤酒中香味物质的关注，研究者们也对每种香味成分进行了分析。通过对文献分析总结，现对啤酒香气的影响起主要作用的酒花香味物质进行解释说明。里那醇的阈值在50～80 mg/L，主要风味为花香、水果香、芫荽香、薰衣草香；α-萜品醇，主要是表现为丁香花香；β-香茅醇表现为糖果香、玫瑰香、柑橘香；香叶醇主要表现为花香、玫瑰香、柑橘香；橙花叔醇则主要表现为玫瑰香、铃兰花香、苹果花香；乙酸香茅酯，主要表现为柠檬香；乙酸香叶酯表现为柠檬香、玫瑰香、薰衣草香[8]。

IPA啤酒中的主要香气可以描述为六种基本香味：花香、辛辣味、药香、柑橘香、酯香、木质香[7]。每种基本香味都是由一种香味物质或多种香味物质相互作用引起的。IPA啤酒香气物质的最新研究进展可以概括为：在酿造过程中，α-葎草烯、β-石竹烯、β-法尼烯和β-香叶烯等碳氢化合物，在煮沸期间会大量蒸发导致其含量低于阈值，对IPA啤酒香气贡献基本可以忽略。里那醇、香叶醇、法尼醇、香茅醛、橙花醛、香叶醛、紫罗兰酮、突厥铜、微量甲硫醚等及葎草烯、石竹烯的各种氧化物等可以赋予IPA啤酒柑橘味、花香、紫罗兰香、苹果、香蕉等各种典型香味，能够显著提高啤酒的香味。其中IPA啤酒中含有的果香硫醇化合物具有特殊的香味，也成为区别其它下面发酵啤酒的典型风味特征[9]。

3 酒花香味物质在发酵过程中的变化

酒花香味物质进入麦汁中，并不是一成不变的，它们会通过酵母的生物转化和一些化学作用（氧化还原反应、水解作用等）来进行转化[10]。酒花中的香味物质在这个过程中有的会消失，同时会形成新的香味化合物；有的物质在酒花中没有呈现出香味，但是进入到啤酒中经过转化，对啤酒的香气做出了巨大贡献。同时，同一种香味物质的不同分子结构和空间结构不同，对啤酒香气的影响也不同。

目前，对IPA啤酒中酒花香味物质在发酵过程中的变化研究比较少。KING A J等[11]的实验证明了在麦汁发酵的过程中可以观察到香叶醇下降，同时β-香叶醇上升，这在一定程度上证明了香叶醇可以转化为β-香茅醇，但是并不能证明香茅醇只是由香叶醇衍生来的。TAKOI K等[12]发现，啤酒中形成的β-香茅醇是由于酵母代谢香叶醇的作用。同时他发现，在麦汁的发酵过程中，香叶醇和香茅醇的下降和上升程度并不是相互对应的，这从侧面证实了β-香茅醇还有其他的合成途径。HANKE S等[13]研究发现，不同类型的酒花转化啤酒中里那醇和其他的酒花香味物质的转化率不同，里那醇的转化率为50%～110%，香叶醇转化率为100%～240%，这说明在酿造过程中，至少有两种物质产生相同的产物。日本学者发现酒花香味物质中的酯类在发酵前的麦汁中含量很低，在发酵完成后的麦汁中浓度有很大提高，这可能是由于酵母代谢活动产生的原因。

近几年，国内对酒花香味物质的研究也开始重视起来。陶鑫凉等[14]研究了香味物质在啤酒酿造过程中的具体变化，发现在刚刚通过板式换热器降温后的麦汁中检测不到β-香茅醇，但是在主发酵开始后的第3天，检测到了β-香茅醇，同时又检测了其中的香叶醇，发现香叶醇含量降低，β-香茅醇含量升高，这与先前的研究结果一致[10]。全巧玲等[15]也深入研究了发酵过程中酒花香味物质的变化，发现里那醇、香叶醇和β-香茅醇在发酵过程中发生了生物化学变化，其中里那醇主要转化为α-萜品醇；香叶醇主要转化为β-香茅醇；β-香茅醇主要转化为乙酸香茅酯。通过检测发酵过程中香味物质的含量，发现里那醇在发酵过程先减少随后稍微有点增加，但是总含量减少。α-萜品醇含量逐渐在上升，然而，香叶醇的含量在啤酒中基本维持不变。酒花香味物质在啤酒发酵过程中变化莫测，弄清楚每种香味物质的变化是个庞大的工程，需要研究者们继续深入。

4 酒花添加对IPA啤酒香气的影响

酒花品种、酒花添加量和添加方式都会对啤酒香气有巨大的影响。我国比较普遍的酒花添加方法为先少量添加，然后再大量添加，一般先加苦花，最后加香花。就酒花添加方式而言，目前普遍有三种添加方式，即在煮沸锅添加、在回旋沉淀槽添加以及在发酵罐添加。高温煮沸会使酒花香味物质大量蒸发，有研究者表明在煮沸前10 min添加，能够保留部分的酒花香味，但是同时也会产生一部分的老化味；近年来，李爱春等[16]研究发现，在回旋沉淀槽中添加能够更好的保持酒花风味，回旋沉淀槽中麦汁的温度对啤酒香味也有一定的影响，研究发现在低于90℃添加时，能够保持较多的香味物质；在发酵罐添加酒花，能够有效地提高IPA啤酒中的酒花香气，由于这种添加方式的出现衍生出了后来IPA啤酒酒花干投和湿投的特殊添加方式。全巧玲[17]通过实验具体分析了不同酒花添加方式对于具体的香味物质的影响，发现了在发酵罐中添加酒花优于煮沸结束前10 min和回旋沉淀槽添加。但是也有研究者提出在回旋沉淀槽添加酒花，所得的IPA啤酒的香气比较丰富。这可能是由于不同的酒花品种和不同的添加量所引起的。另外，IPA啤酒的发酵温度也会对香气物质产生一定的影响。

5 干投和湿投对IPA啤酒香气的影响

酒花的干投和湿投，是指在发酵罐或者售酒罐中投放酒花的一种技术，也是区别其他啤酒的一个重要特征。干投酒花由于没有经过煮沸，能够赋予IPA丰富的生酒花味和香气，增加酒体中的酒花香味物质[18]。干投酒花的香气一般被描述成“酒花袋味”[19]，在上文中提到酒花中的萜烯类物质会由于煮沸的高温而大量损失。IPA啤酒的干投技术正好弥补这一问题，能够使香叶烯、柠檬烯、法尼烯等香味物质能够更好地溶解到酒体中，带给啤酒与众不同的香味。“湿投技术”是近几年精酿啤酒者新提出的一个名词，指的是在酿造过程中，加入新鲜的啤酒花，然而湿投不仅可以在发酵或售酒罐中添加，也可以在煮沸环节中添加。使用新鲜的酒花酿造的IPA啤酒，香气更加浓郁，香气层次分明，受到了啤酒爱好者的青睐。但是由于新鲜酒花难以贮存和运输，局限性很大，所以对其香气的研究也受到了限制。不过感官品评者认为，这种湿投工艺所酿造的IPA啤酒所带来的香味是其他啤酒望尘莫及的。

6 酒花香气物质的分析方法

6.1 样品的前处理法

啤酒中酒花的香气物质种类复杂，大部分的香气物质含量较低，因此在分析酒花香味物质时，需要对啤酒进行处理，将香味物质进行提取，再进行检测分析。目前的主要方法[20]有溶剂提取法、顶空提取法、固相微萃取、搅拌棒萃取法以及超临界二氧化碳顶空固相微萃取法，每一种提取方法都有其优点以及不足之处。溶解提取法所需的设备较简单，操作简单，但是其步骤比较多，所需时间较长，接下来进行气相色谱分析时，容易污染进样器，造成结果偏差[21]。顶空提取法容易与色谱仪联用，减少了样品的损失，但是在检测物质在液相中出现电离、缔合状况等多种情况下不适用[22]。固相微萃取成本较低，操作方便，节省时间但是只可以分析有机物质[23]。搅拌棒萃取法敏感度高，检测限，重复性好，能够检测出更多地微量物质，但是价格比较昂贵[24]；超临界二氧化碳顶空固相微萃取，分析效率高，速度快，最主要的是对操作人员与环境没有污染[25]。随着科技的发展，技术的创新，各种联用技术开始应用到酒花香气物质的提取中。

6.2 香气物质的分析技术

啤酒中酒花香味物质的分析技术实际是通过气相色谱与氢火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）、火焰光度检测器（flame photometric detector，FPD）、质谱检测器（mass spectrometric detectors，MSD）等不同检测器结合以确定其香味物质[26]。由于酒花香气物质中的里那醇、香叶醇等单萜物质在IPA啤酒的含量十分微少，给香气物质的鉴定带来了一定的困难。目前主要的分析方法[27]主要有气相色谱-质谱联用技术、气相色谱闻香法、气相色谱-香味萃取分析法等。气相色谱-质谱联用技术是指利用气相色谱与可以进行物质定性的质谱联用。这种方法操作比较简单，对单萜类化合物重复性较好，是目前检测酒花香味物质使用最普遍的方法之一[28]。BAVCA R等[29]经气相色谱-质谱联用技术鉴定了葡萄酒中的挥发性物质成分，确定了香叶醇，乙酸异戊酯以及己酸乙酯是葡萄酒中的主要香气成分。宋兴良等[30]利用气相色谱-质谱联用技术对啤酒中香气物质进行了深入的定性分析，分离鉴定了37种风味化合物，推动香气物质研究的发展。气相色谱闻香法是利用人的嗅觉器官鼻子与气相色谱分离功能结合在一起，采用五点值闻香法分析样品。FALCAO L D等[31]通过气相色谱闻香法分析了红酒中的香气物质，发现了呋喃酮和酒体中焦糖风味存在一定联系。这是从多种复杂的混合物中分辨评估香气物质活性的一种有效手段，将啤酒闻香数据与气相质谱总离子流在色谱图结合，人工与数据库对比，分析，获得结论。但是这种人工检测也存在缺陷，可能会遗漏个别重要的化合物[32]。随着研究的进展，这些缺陷逐渐被攻克。

7 展望

随着社会的发展，消费者们越来越追求啤酒的多样化和个性化，IPA啤酒的发展也成为了一种必然。啤酒中的香味物质，也越来越受到研究者的重视，目前，国内外的研究者们已经对啤酒中的香味物质做了大量的研究，对酒花香味物质的研究进展也有了很大的进步，但是还没有完全弄清楚酒花香味物质在啤酒中的生成和降解途径[33]。因此，对于IPA啤酒香味物质的研究，也成为今后啤酒行业研究的一种趋势。由此看来，今后的研究重点应该放在酒花香味物质在IPA啤酒发酵过程中的具体变化及其反应机理上，这将对于啤酒企业研发新品种、提高经济效益、推动行业发展都具有重大的意义。

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TS262.5

0254-5071（2017）05-0009-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.05.003

2017-03-14

崔云前（1969-），男，副教授，博士，研究方向为现代啤酒酿造技术。