三个国家Cascade酒花香气对比分析

郭彦伟，聂 聪*，关雪芹，张 洁，杨贵恒

（齐鲁工业大学（山东省科学院）生物工程学院 山东省微生物工程重点实验室，山东 济南 250030）

啤酒花（Humulus lupulus L.）为荨麻目大麻科葎草属植物多年生草质蔓生藤本植物的雌性球穗花序[1-2]。啤酒花主要用于啤酒酿造，其能够保证啤酒的品质并赋予啤酒独特的风味，被誉为“啤酒的灵魂”[2-3]。啤酒花主产于欧洲、美国、中国、澳大利亚等地。我国种植地主要集中在新疆、甘肃等地[4]。近年来，精酿啤酒迅猛发展，对啤酒花数量和质量都有了很高的要求。酒花主要成分包括酒花树脂、酒花油和多酚物质，为啤酒提供香味、苦味[5-6]。啤酒的苦味主要由α-酸的异构化、异α-酸、β-酸的氧化物、酒花多酚等物质形成[5，7-8]。酒花油的成分非常复杂，目前已经成功鉴定出了485种物质，并推测酒花油中约存在1 000种物质[7]。酒花多酚物质是天然的抗氧化剂，参与抗氧化过程[9-10]。不同的酒花添加方式对啤酒风味的影响有着很大差别，在麦汁煮沸开始时添加酒花，能使啤酒体现苦味。在储酒期添加酒花，可以使啤酒具有清新的鲜酒花风味[7]。

气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）因其具有检测特定离子碎片的功能，使得对未知化合物的定性更加准确，也因此被广泛应用于啤酒中酒花香气物质的定性和定量研究[11]。1978年有学者使用GC-MS鉴定出德国啤酒中超过110种酒花香气物质[12-13]。然而，由于啤酒基体的复杂性以及酒花香气物质在啤酒中仅微量存在，对啤酒样品前处理显得十分重要，目前最方便和流行的前处理方式是顶空固相微萃取（head space-solid phase microextraction，HS-SPME）技术[14]，其具有简便快速、灵敏度高、环境友好等优点[9，15]。其所需样品量小，同时无需萃取溶剂，大大节省了溶剂消耗，而且气体样品能够直接进行萃取分离，大大提高了气体样品的萃取效率。

采用顶空固相微萃取气相色谱-质谱（HS-SPME-GCMS）联用的方法[16-17]，对中国、美国和新西兰Cascade颗粒酒花中香气化合物的组成进行检测分析，分别与Cascade酒花在麦汁时添加酒花酒样的香气化合物和啤酒储存期干投后酒样的香气化合物进行对比分析，同时分别进行感官品评。既能够对三个国家的Cascade酒花的香气化学成分进行检测对比，又可以对添加该酒花的啤酒进行感官分析对比。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

2016年份Cascade酒花：分别产自中国新疆地区、美国俄勒冈州产区、新西兰。均使用铝箔袋抽真空并冷冻保存于冰箱。

1.2 仪器与设备

7890A气相色谱仪、5975C质谱仪、HP-5（5%-苯基）-甲基聚硅氧烷毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）：美国Agilent公司[18]；聚二甲基硅氧烷StableFlex固相萃取头：Sigma-Aldrich公司；DVB-CAR-PDMS型顶空固相微萃取装置：美国Supelco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 顶空固相微萃取（HS-SPME）法提取颗粒酒花香气成分

准确称取8.0 g酒花颗粒样品，粉碎后立即置于50 mL顶空样品瓶中，密封瓶口，将样品置于恒温水浴锅中，50℃预热5 min。然后连接固相微萃取装置对酒花香气成分进行吸附（实验前先将萃取头老化5 min），50℃条件下固相微萃取45 min。然后将萃取头插入气相色谱仪进样口，进行解吸。

1.3.2 顶空固相微萃取（HS-SPME）法提取酒样中的酒花香气成分

分别取煮沸时添加Cascade酒花和干投Cascade酒花的啤酒样品20 mL，加入50 mL顶空样品瓶中，放入磁子，密封瓶口，将样品瓶放在磁力搅拌加热器上，搅拌速度为200 r/min，40℃预热5 min，然后连接固相微萃取装置对酒花香气成分进行吸附，40℃固相微萃取45 min。然后将萃取头插入气相色谱仪进样口，进行解吸。

1.3.3 感官品评

将三个国家的Cascade颗粒酒花以及煮沸时添加酒花的酒样和干投酒花后的酒样分别进行感官品评。由齐鲁工业大学（山东省科学院）中德啤酒技术中心师生和两位国家级品酒师组成10人（5男5女）品评小组对酒样进行品评。从柑橘香、水果香、花香、草药香、香料香五个方面进行品评打分，每个方面为0～5分。

1.3.4 色谱条件

载气：高纯氦气（He）；进样口温度：250℃；载气流速：1 mL/min；分流比：30∶1；柱室程序升温：初始柱温40 ℃，保持5 min，以5℃/min速率升至210℃，保持3 min。

质谱检测器，电子电离（electron ionization，EI）源，质量扫描范围（m/z）30～400，四级杆温度150℃，离子源温度230℃，传输线温度280℃，电子倍增器电压1 400 V[19]。

1.3.5 定性及定量方法

定性方法：化合物在GC-MS上的采集信息通过Masshunter Workstation B.03.01数据处理软件处理。美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）谱库2.0检索。

定量方法：通过Agilent自带的化学工作站数据处理系统，并用气相色谱峰面积归一法定量计算出各化学成分在酒花中的峰面积的相对含量[20-21]。

2 结果与分析

2.1 三个不同国家Cascade酒花香气对比分析

在气相色谱条件下，可以分离出100多种成分，经计算机检索谱库及人工分析质谱图，并参阅有关文献，从新西兰Cascade酒花鉴定出31种物质，美国Cascade酒花鉴定出23种物质，中国Cascade酒花鉴定出17种物质，结果如表1所示。

由表1可知，相比较于新西兰Cascade酒花，中国Cascade酒花没有检测到α-蒎烯、依兰烯、α-金合欢烯、α-杜松烯、罗勒烯，异丁酸异戊酯、异丁酸-2-甲基丁酯、2-甲基丁酸香叶酯、丁酸香叶酯，芳樟醇、香叶醇，2-十一酮、2-十三酮以及γ-亚麻酸。美国Cascade酒花没有检测到异丁酸异丁酯、异丁酸-2-甲基丁酯、4-癸烯酸甲酯、2-甲基丁酸香叶酯，罗勒烯、α-杜松烯，2-十三酮及γ-亚麻酸。中国Cascade酒花香味物质没能完全体现Cascade酒花作为苦香兼优酒花的功效。

表1 三个不同国家的Cascade颗粒酒花香气成分Table 1 Aroma compounds of granular Cascade hops from three different countries

2.2 三个不同国家酒花在煮沸时添加酒样酒花香气对比分析

在气相色谱条件下，经计算机检索谱库及人工分析质谱图，并参阅有关文献，在煮沸过程中添加Cascade酒花，新西兰鉴定出17种香气物质，美国酒花鉴定出7种香气物质，中国酒花鉴定出10种香气物质。结果如表2所示。

由表2可知，在煮沸时添加酒花，酒样中的香气物质都比较少。相比较，酒样中酒花香气物质含量最丰富的是新西兰Cascade酒花，香气物质含量居中的是中国Cascade酒花，香气物质含量最少的是美国Cascade酒花。相比较于煮沸时添加的新西兰Cascade酒花，中国Cascade酒花在煮沸时添加检测到异戊醛和2-甲基丁醛两种香味物质。异戊醛天然存在于柑桔、柠檬等精油中。高度稀释时有似苹果香气，质量浓度＜10.0 mg/L时呈桃子香味。说明中国Cascade酒花煮沸后会产生新的柑橘、柠檬、苹果或桃子的香味。没有检测到丙酸-2-甲基丁酯、异丁酸异戊酯、异戊酸-2-甲基丁酯、4-癸烯酸甲酯、香叶酸甲酯、乙酸香叶酯、丁酸香叶酯，2-十一酮及氧化石竹烯。美国Cascade酒花只检测到丙酸-2-甲基丁酯、异丁酸-2-甲基丁酯，月桂烯、d-柠烯、石竹烯、葎草烯及芳樟醇。总之，Cascade酒花不适合在煮沸锅中加入，香气物质损失很大，可以尝试其他添加方法，会使酒花利用率提高。

表2 煮沸时添加三个不同国家的Cascade酒花的酒样香气成分Table 2 Aroma compounds of beer samples adding Cascade hops from three different countries during boiling

2.3 三个不同国家酒花干投后酒样香气物质对比分析

在气相色谱条件下，经计算机检索谱库及人工分析质谱图，并参阅有关文献，新西兰Cascade酒花在储存期干投后酒样酒花香气物质鉴定出27种物质，美国Cascade酒花干投后酒样酒花香气物质鉴定出23种物质，中国Cascade酒花干投后酒样酒花香气物质鉴定出20种物质。结果如表3所示。

由表3可知，干投Cascade酒花后，相比较于新西兰Cascade酒花，美国Cascade酒花检测到丙醇、2-十一酮、β-瑟林烯三种新西兰Cascade酒花中没有的物质。而未检测到乙酸-2-甲基丁酯、异丙酸异丁酯、丙酸-3-甲基丁酯、异丁酸-2-甲基丁酯、4-癸烯酸甲酯、乙酸香叶酯、丁酸芳樟酯。中国Cascade酒花检测到丙醇一种新西兰Cascade酒花中没有的物质。而未检测到异丙酸异丁酯、丙酸-3-甲基丁酯、异丁酸异戊酯、4-癸烯酸甲酯、丁酸芳樟酯，D-柠烯、β-瑟林烯、α-瑟林烯、δ-杜松烯烯类物质以及2-十一酮。总之，干投后Cascade酒花的香气都得到了很好的体现。三个国家的Cascade酒花较适合干投，干投酒花的利用率最高。

表3 三个不同国家的Cascade酒花干投后酒样中香气物质Table 3 Aroma compounds of beer samples dry hopping Cascade hops from three different countries

2.4 三个国家的Cascade酒花香气及其酒样的感官品评

Cascade颗粒酒花中，新西兰酒花的柑橘香、水果香和香料香较突出；煮沸过程中添加Cascade酒花，中国酒花的水果香和柑橘香较突出，美国酒花的草药香较突出；在储存期干投Cascade酒花，新西兰酒花的柑橘香、水果香较突出，美国酒花的草药香和香料香较突出。Cascade酒花香气及其酒样的感官品评的香气雷达图如图1所示。

图1 颗粒酒花香气（A）、煮沸时添加酒花酒样香气（B）、干投酒花酒样香气（C）雷达图Fig.1 Aroma radar map of granular Cascade hops(A)and beer samples adding hops during boiling(B)and dry hopping(C)

由Cascade酒花香气雷达图（图1）可知，Cascade酒花不适合在煮沸时添加，适合干投，干投可以将酒花的香气物质很好的体现在酒样中。Cascade酒花及酒样的感官品评结果与GC-MS检测的结果基本相符合。

2.5 三个国家的Cascade酒花及酒样香气物质数量变化

三个国家的Cascade颗粒酒花香气物质以及在煮沸时添加酒花酒样中的酒花香气物质和在储存期干投酒花检测到的酒花香气物质数量对比如图2所示。

图2 Cascade酒花及其酒样香气物质种类变化Fig.2 Quantity changes of aroma compounds in Cascade hops and beer samples

与Cascade颗粒酒花的香气化合物相比较，新西兰Cascade酒花在麦汁煮沸过程中添加香气化合物减少17种，增加3种，在啤酒储存期干投香气物质减少19种，增加12种；美国Cascade酒花在麦汁煮沸过程中添加香气化合物减少18种，增加2种，在啤酒储存期干投香气物质减少12种，增加12种；中国Cascade酒花在麦汁煮沸过程中添加香气化合物减少12种，增加5种，在啤酒储存期干投香气物质减少11种，增加14种。减少的主要是萜烯类物质，增加的主要是醇和酯类物质。Cascade酒花更适合干投，不适合添加到煮沸锅中。干投可以提高Cascade酒花的利用率。

3 结论

Cascade颗粒酒花香气化合物主要包括β-蒎烯、月桂烯、D-柠烯、香叶酸甲酯、古巴烯、乙酸香叶酯、石竹烯、荜澄茄烯、香柠檬烯、β-金合欢烯、葎草烯、杜松烯、瑟林烯等物质。新西兰Cascade颗粒酒花酒花鉴定出31种物质，美国Cascade酒花鉴定出23种物质，中国Cascade酒花鉴定出17种物质。新西兰Cascade颗粒酒花的香气物质最丰富。与Cascade颗粒酒花的香气化合物相比较，新西兰Cascade酒花在麦汁煮沸过程中添加和在啤酒储存期干投的香气物质减少的主要是萜烯类物质，增加的主要是醇和酯类物质。感官品评方面，在麦汁煮沸过程中添加酒花，中国的Cascade酒花具有突出的柑橘、柠檬、苹果或桃子的香味；在啤酒储存期干投Cascade酒花，生成较多的醇类物质，酒花的利用率较高。

同样品种不同国家种植的酒花，酒花香气物质不完全相同，酒花的香气物质的影响因素很多。可能与年份、地理环境、土壤条件和气候环境等有关。具体影响酒花香气物质的因素有待进一步研究。为酒花香气物质的形成研究提供进一步的理论依据。