精酿啤酒专用麦芽的研究进展

黄 琳，葛秀琪，张元夫，王 爽，王 楠，刘逸寒，张朝正*

（1.天津科技大学 生物工程学院 工业发酵微生物教育部重点实验室，天津 300457；2.天津科技大学 生物工程学院 天津市微生物代谢与发酵过程控制技术工程中心，天津 300457）

啤酒是一种以麦芽、酒花和水为主要原料，经啤酒酵母发酵，含有丰富泡沫的低酒精度、营养级食品饮料，是一种世界范围内的社交饮品[1-2]。啤酒按酿造工艺可分为下面发酵的拉格（Lager）和上面发酵的艾尔（Ale）两大类[3]。目前，全世界大约90%左右的成品啤酒均为工业型Lager啤酒，该产品特点是产量较大、成本较低、口味淡爽、气泡丰富，原料上使用大量的廉价谷物，甚至食品添加剂、颜料等[4]。但是随着人们对啤酒品质和风味的追求越来越高，精酿啤酒逐渐受到全球啤酒爱好者的追捧[5-7]。自20世纪70年代开始，以美国为代表的精酿啤酒文化迅速崛起，发展到2015年，北美地区精酿啤酒商家已达4 483家。全球精酿啤酒商家超过10 000家，86%分布于北美及欧洲地区[8]。最新数据显示，2017年上半年精酿啤酒在美国仍保持5%的增速[1]。21世纪初，中国受到国外精酿风潮兴起的影响，从2008年开始涌出了一批国内较为有名的精酿本土产品、品牌及酒吧[4，9-10]。随之发展，国内也成立了很多精酿组织、协会等专业团体，为精酿啤酒在国内的发展提供了专业交流平台。目前，中国精酿市场正在蓬勃发展，并且国内精酿市场还有巨大的增长空间[11-12]。

作为精酿啤酒主原料之一的麦芽，其成分和质量直接影响了啤酒的风味和品质。世界著名的大麦品种主要分布在欧洲、北美及澳大利亚。国内关于精酿啤酒专用麦芽原料的研究、应用尚鲜有全面性、系统性的报道。我国还未建立精酿专用麦芽产业化体系，多数优质麦芽原料主要依靠进口。因此，我国精酿啤酒酿造用麦存在科研、生产、加工较为滞后的现象。建立专用麦芽原料产业化体系，就是要充分发挥不同麦芽的特性，合理利用麦芽资源，生产出各类精酿专用麦芽，满足各种精酿产品的不同要求，从而使麦芽加工业成为国内大规模工业化生产的重要部分，为我国精酿啤酒麦芽加工行业开辟新领域。

本文总结、归纳了精酿啤酒专用麦芽原料的研究进展，主要目的在于发掘精酿啤酒专用麦芽原料与啤酒品质之间的相关性，从而有助于今后建立精酿麦芽专用化评价体系，推进精酿啤酒行业在国内的发展。

1 精酿啤酒种类及专用麦芽特点

全球精酿啤酒有近百种风格，其共同特点是香气浓郁、麦芽汁含量高、口感厚重、营养价值高、酒精度高。来自不同地区的麦芽、啤酒花以及酵母都有其较为突出的特点，加之精细的酿造工艺，所以相应的精酿成品呈现的风格各有特色，每款之间的风味和口感有着明显的区别。精酿Lager特点是啤酒颜色从浅黄色到深棕色不等，泡沫丰富，口感爽滑，注重麦芽香气，口味纯净，酒精度低，适合大多数人饮用[13]；该型精酿品种相对单一，主要代表是：皮尔森（Pilsner）、美国拉格（American Lager）、德国黑啤（Schwarzbier）、博克（Bock）等。精酿Ale特点是啤酒泡沫丰富细腻，挂杯持久，酒体醇厚、饱满，杀口力强；此外，较高的发酵温度，在发酵过程中可形成带有果仁、水果等特有香气的酯类物质，使得啤酒香气丰富。精酿啤酒多数为该风格[3，14]，如修道院（Trappist）、印度淡色艾尔（India Pale Ale）、英式波特（English Porter）、德式小麦白啤酒（Weissbier）、帝国世涛（Imperial Stout）、水果啤酒（Furit Beer）等。与工业啤酒不同，精酿啤酒对口感、味道要求较高。因此作为“啤酒的骨架”的麦芽必须具有优良、特有的品质。各种精酿啤酒酿造用麦芽原料特点及相应风味、口感特点总结见表1。

表1 常见精酿啤酒种类及其风格特点Table 1 Types and style of common craft beers and their characteristics

2 精酿啤酒酿造用麦芽种类

精酿啤酒的颜色及酒香主要来源于麦芽，原料可以是大麦芽、小麦芽、燕麦等，但一般不使用大米、玉米淀粉等辅助原料，并遵循全麦啤酒纯粹酿造法。且一般酿造原料中还会添加起到影响啤酒生产过程、色香味及其稳定性的特种麦芽，如焦香麦芽、黑麦芽、结晶麦芽等。因此，精酿啤酒酿制用麦芽的种类大致可以分为两大类：基础麦芽和特种麦芽[15]。

2.1 基础麦芽

无论哪种风格的啤酒，基础麦芽都扮演着重要的角色。基础麦芽通常在啤酒酿制麦芽原料中以最大比例被使用，在其浸麦、发芽、干燥的过程中其所含酶类物质能分解自身及其他未发芽谷物的淀粉[16]，是麦汁中糖类的主要来源，为啤酒提供了基础风味。典型的基础麦芽有：皮尔森麦芽、淡色艾尔麦芽、维也纳麦芽、莫尼黑麦芽等。

2.1.1 皮尔森麦芽（Pilsen Malt）

皮尔森麦芽是颜色最浅的一种麦芽，风味单纯，有柔和的麦香。鉴于皮尔森麦芽中酶的活性不高，故糖化时淀粉转化率不高。皮尔森麦芽在糖化过程中容易形成二甲基硫醚（dimethyl sulfide，DMS），温度为60 ℃时该过程转化速度最快，因此原料中使用皮尔森麦芽需将煮沸时间延长一些，以便DMS充分挥发[17]。此外，皮尔森麦芽会给啤酒带来更多谷物的味道，煮沸结束时需快速冷却，以防啤酒中有过多的“煮玉米”味道。该种麦芽一般主要用于欧洲风格的拉格类啤酒，比如传统的捷克和德国皮尔森。

2.1.2 淡色艾尔麦芽（Pale Ale Malt）[17]

淡色麦芽比皮尔森麦芽颜色略深一些，并且有更丰富的麦芽味，淡饼干及坚果香。该种麦芽不仅含糖量较高，而且其含酶量也较高，能分解原料中不含酶的麦芽或谷物。淡色麦芽分为二棱淡色麦芽和六棱淡色麦芽，二棱颗粒比六棱颗粒大，味道更圆滑，较为适合提高啤酒品质，但六棱比二棱酶含量高。该种麦芽一般用于酿造所有风格的啤酒。

2.1.3 维也纳麦芽（Vienna Malt）

维也纳麦芽比皮尔森麦芽香气更丰富，含有一些谷物的味道。它比淡色麦芽甜度要高一些，所含酶有能力来转化自身，但转化其他的特种麦芽较为困难。该种麦芽一般用于酿造拉格啤酒，如维也纳拉格、塞缪尔·亚当斯拉格、深色博克等，可赋予啤酒较为圆润的麦芽香气。

2.1.4 莫尼黑麦芽（Moni black malt）

莫尼黑麦芽使用较为频繁，比维也纳麦芽有更高的烘干温度，可赋予啤酒一种类似烤面包的风味，且这种风味会随该种麦芽颜色的加深而增加，但色度过高酶的活性会下降，需搭配淡色麦芽一起使用。与带给啤酒更多香气的维也纳麦芽相比，该种麦芽更多是增加啤酒麦香的复杂程度，赋予啤酒让人回味的层次感。其一般用于酿造莫尼黑风格的啤酒。

2.2 特种麦芽[15，18]

特种麦芽主要用来调节麦汁的色泽和香气，从而生产不同色泽、口感的啤酒。特种麦芽按原料可分为非大麦麦芽和大麦麦芽。非大麦麦芽包括小麦麦芽、高粱芽、燕麦麦芽以及小米芽；大麦麦芽又可分为着色特种麦芽[19]和非着色特种麦芽。

2.2.1 着色特种麦芽

着色特种麦芽不仅有较高的色度，还有特殊的香气，但是该类麦芽中酶的活力较低（有时几乎为零），其制备工艺一般是在标准制麦干燥工艺条件下，使用高温焙烤或转鼓烘干工艺。着色特种麦芽主要有焦香麦芽和焙烤麦芽等[20]。

焦香麦芽（Caramel Malt）：焦香麦芽是特种麦芽的主要代表，其经过特殊焙烤工艺处理，含有不可被酵母发酵的糖，从而导致啤酒中带有较浓的麦芽味和焦糖甜味，可调节啤酒色度，增加啤酒的麦芽及焦糖香气、醇厚感及非生物稳定性[21]，其用量一般为原料总量的3%～15%。焦香麦芽一般用于酿深色啤酒。

焙烤麦芽（Roasted Malt）：在焙烤麦芽的制作工艺中，随着焙烤温度和焙烤时间的增加，麦芽内部会发生碳化而变黑，因此这种重度烘烤的麦芽有焦苦味或咖啡味、酸涩味及烟味，如巧克力麦芽、黑麦芽、琥珀麦芽等[22]。该种麦芽在酿造中用量较少，一般在糖化快结束的时候加料，可减轻苦涩的味道，若再搭配使用软水或碳酸氢盐含量低的水，即可酿出口感协调的成品。该种麦芽一般适用于酿造波特和世涛。

2.2.2 非着色特种麦芽

非着色麦芽功能多样，主要有乳酸麦芽、类黑素麦芽、裸麦麦芽等。

乳酸麦芽：乳酸麦芽有较强的缓冲力，可用于改善碱性的糖化用水，降低糖化醪液的pH值，进而促进酶的作用。糖化时，加入少量的乳酸麦芽，有提高啤酒的稳定性，改善口感，降低色度，改善泡沫持久性的作用[23]。

类黑素麦芽：类黑素麦芽含有大量的类黑素，麦芽无苦味，香气较为浓郁，有较强的缓冲力，浸出物和普通麦芽相同，可用于酿制深色啤酒[24]。

裸麦麦芽：裸麦麦芽可使啤酒具有饼干香气及圆润的口感，赋予啤酒典型的裸麦香气、麦芽的甜味及奶油般的口感和较好的泡沫。

3 精酿啤酒酿造用麦芽的制麦工艺

原料大麦制成麦芽的过程，称为制麦。其目的是使得大麦发芽，产生多种水解酶，然后通过糖化，使大分子淀粉和蛋白分解溶出。最终，通过烘干产生所需的色、香、味[25]。

3.1 常用制麦工艺

常用制麦工艺一般包括以下五个工序：

（1）选麦：原料大麦经过除杂进行粗选、并按腹径大小将大麦进行分级，以保证大麦吸水速度均匀，发芽率保持一致。

（2）浸麦：通过水浸、露麦和通风等工艺，使大麦萌发。

（3）发芽：这是一道较为重要的工序，通过对水分、空气和发芽温度的控制使大麦按一定的生长规律和制麦要求发芽与溶解，同时生成所需的各种酶类物质。

（4）干燥：将经过发芽工序的麦粒（绿麦芽）进行特殊的干燥、焙焦处理，使绿麦芽水分大幅下降，制成有一定色、香、味的干麦芽，便于长期保存，且除去了种子发芽后的“生青味”，更适合制作麦汁。

（5）除根：除去大麦发芽后生成的麦根，麦根味苦吸湿性强，较容易增加啤酒色泽。干燥后麦根干枯萎缩，较容易除去。

3.2 特种麦芽制麦工艺

在啤酒生产中除常规制麦工艺外，为了满足生产对啤酒色、香、味或麦汁的性质起调节作用的一类特种麦芽产品的需求，还有一些特殊制麦工艺。其工艺特点主要是通过控制时间、速度、温度等制麦条件，以产生需要的风味物质。

一般使用干麦芽或凋萎麦芽来制备特种麦芽中的着色麦芽，麦芽放入转鼓式烘炉中焙炒，在高温下生成类黑色素并产生焦糊味，麦芽断面颜色变为深咖啡色。着色麦芽最大的特点是着色力强，添加1%～2%即能达到调整色度的目的。

3.2.1 焦香麦芽制麦工艺

焦香麦芽是在普通麦芽的制麦工艺基础上加工，经多步工序炒制而成。根据工艺不同分为两种：（1）经过烤炉高温产生，麦芽胚乳呈结晶状，也可称之为结晶麦芽；（2）使用干燥炉低温产生，麦芽胚乳呈粉状。焦香麦芽有一定的浸出率，并能给麦汁提供较深的颜色和芳香，它本身不具糖化力，因此要与正常焙焦的麦芽一起使用，可使啤酒增加麦芽香味和醇厚感，是啤酒酿造过程中不可缺少的增香物质[26]。

3.2.2 焙烤麦芽制麦工艺

焙烤麦芽的制麦工艺是使用高温烘焙麦芽，较高的烘焙温度使美拉德反应明显，温度越高，加热时间越长，麦芽碳化或黑色越深，并具有焦苦味和酸涩味；高温还可导致酚酸降解成酚类化合物，从而使麦芽具有烟味和丁香味，赋予啤酒的颜色与气味更丰富的变化。

4 啤酒酿造用麦芽的风味物质研究

精酿啤酒酿造用特种麦芽风味特征强烈，可赋予啤酒特有的风格，主要因为其含有如甲基吡嗪类、甲基丁醛、乙基甲基吡嗪类、喃酮类、吡喃酮类等含氧、含氮、含硫的杂环类化合物[27]。目前，研究人员已从麦芽中检出120余种不同风味特征的香气成分。这些香气成分主要是在发芽、干燥及烘焙等制麦阶段形成的，其重要影响因素有：麦芽发芽过程中的生理生化变化、干燥阶段含水量变化、热引导的一些化学反应（如氨基酸的Strecker降解、美拉德反应、氧化脂肪酸的热降解以及糖焦化反应等）[28-29]。根据化学结构和形成机理，可将麦芽中香气成分的挥发性物质分为美拉德反应产物、Strecker醛、酚类物质、挥发性硫化物和脂类氧化产物[30-34]，其中美拉德反应产物和Strecker醛是重要的贡香物质。

4.1 美拉德反应产物

美拉德反应是羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）在加热过程中经过缩合、聚合的复杂历程，最终生成类黑色素的反应。其产物主要是含氮或含氧的杂环类化合物，含氮杂环类化合物，如吡嗪、吡咯提供了坚果味和烤香焦香；含氧杂环类化合物，如吡喃酮、呋喃、呋喃酮等化合物则带有甜味、太妃糖味和焦糖味[35]。该反应主要影响因素包括pH值、焙烤温度、焙烤时间、水分含量、糖和氨基酸底物的类型及金属离子。美拉德反应产物是啤酒重要的内源性抗氧化物质，类黑精是其中最重要的抗氧化物，有较强的抗氧化活性和自由基清除能力，从而影响啤酒的风味、色泽和黏度[36-38]。

4.2 Strecker醛

Strecker降解反应，即氨基酸与α-二羰基化合物反应生成醛类及氨基酮的过程。各种不同的特殊醛类，又称Strecker醛。在啤酒酿造过程中Strecker反应生成的Strecker醛含量较高，可与糖衍生物的美拉德中间体反应提升麦芽香气，是麦芽主体风味中较为重要的一类风味物质[31，39]。此外，部分研究表明，在啤酒的贮藏过程中，来源于麦汁制备及贮藏期间缓慢Strecker反应生成的Strecker醛（包括2-甲基-丙醛、3-甲基-丁醛、2-甲基-丁醛、甲硫基丙醛和苯乙醛），使啤酒的味道发生改变，这也是导致啤酒腐败的重要原因[40-41]。

4.3 不饱和脂肪酸的热降解和化学氧化反应产物

麦芽中很多挥发性物质是由不饱和脂肪酸的酶降解和化学氧化作用形成的。脂肪酸在氧化后会生成酮、酸、醛等挥发性的羰基化合物，其有较低的风味阈值[42]；一些低聚酚类物质经过加热、氧化等反应生成多聚酚类物质，其色度会逐渐加深，从而影响麦汁（啤酒）的色泽[43]。

5 麦芽对精酿啤酒的品质影响

5.1 麦芽种类对啤酒色泽的影响

一般来讲，工业啤酒多采用普通麦芽为主料用于酿制啤酒，有时候也会添加使用淀粉、玉米粉等辅料。而精酿啤酒多采用特种麦芽赋予啤酒特殊的风味和色泽。经过低温烘焙工艺制作的麦芽酿制出的啤酒颜色相对较浅，而高温烘焙工艺制作的麦芽会不同程度的增加啤酒颜色。

5.2 麦芽种类对啤酒口味的影响

麦芽是啤酒酿造的主要原料，该原料品质的好坏直接影响啤酒的口味。制麦过程中工艺条件控制不当会给啤酒带来如酸味、苦味、霉味等不好的口感，如麦芽溶解过度，会使啤酒口感淡薄；麦根除不净，啤酒会出现苦涩味道；烘焙温度过低，啤酒会有腥味。

精酿啤酒酿制过程中适当添加经特种工艺处理的麦芽可赋予啤酒特有的口感，例如琥珀麦芽，会有烧烤的味道；水晶麦芽，因麦芽本身具有甜味，酿造的啤酒也会有甘甜味道；未经发芽就直接烘焙的大麦，有烟熏、可可的味道。

5.3 麦芽质量对啤酒营养的影响

精酿啤酒酿造用普通麦芽和特种麦芽为啤酒提供了糖类、蛋白质水解产物（肽和氨基酸）、矿物质元素（钠、钾、钙、镁、磷、锌、硒等）、维生素等丰富的营养物质；此外，麦芽还提供一定的抗氧化剂及膳食纤维[44]。

5.3.1 麦芽中多糖对啤酒品质的影响

（一）非淀粉质多糖对啤酒品质的影响

大麦中的非淀粉质多糖主要是β-葡聚糖和戊聚糖（主要是阿拉伯木聚糖）[45]，可溶性多糖的黏度，在酿制过程中会影响啤酒的过滤效果，进而影响啤酒质量[46]。FINCHER G B 等[47-48]研究了葡聚糖的溶解特性和酶的降解作用，发现β-葡聚糖对啤酒的浑浊度有一定影响，部分多糖会在高温时溶解，在低温时析出，进而形成冷浑浊。麦芽中的阿拉伯木聚糖也影响着啤酒黏度和过滤速度，尤其是大麦麦芽中的高分子水溶性阿拉伯木聚糖[49]。LI J等[50]研究发现，阿拉伯木聚糖作为小麦浑浊啤酒中的主要非淀粉多糖之一，对啤酒的黏度、泡沫形态和稳定性有着至关重要的影响，且麦汁的制备是影响小麦浑浊啤酒酿造过程中阿拉伯木聚糖变化的关键环节。李杰[51]研究发现，阿拉伯木聚糖可增小麦啤酒的稳定性，丰富啤酒的口感，增加小麦啤酒的醇厚度。

（二）淀粉对啤酒品质的影响

去壳大麦中淀粉含量约为58%～65%，高淀粉含量的大麦品种受到啤酒生产的青睐。其在啤酒酿制中除了可为酵母提供能量外，还影响啤酒CO2的含量；淀粉不完全降解产物中有糊精，糊精可以使啤酒产生较好的口感，降解产生的小分子糖类与氨基-羰基反应，会产生影响啤酒色度的类黑精。

5.3.2 蛋白质对啤酒品质的影响

蛋白质是麦芽的主要成份之一，其含量和类型影响着啤酒的浑浊度、风味、非生物稳定性、泡沫丰富度等。EVANS D E等[52]用免疫化学法检验了150种麦芽酿造的啤酒，结果显示不含12 kDa和5 kDa分子质量蛋白质的麦芽酿制的啤酒泡沫稳定性较好，啤酒泡沫蛋白质和多肽的基本来源是麦芽蛋白质。JIN Y等[53]研究发现，小麦蛋白质是小麦麦芽品质的决定因素之一，并测定了小麦蛋白质组成与麦芽品质的相关性，结果发现小麦蛋白质含量必须在12.72%～13.88%才能获得较好的麦芽品质，不溶性/可溶性蛋白质比值应在1.44～2.23。研究证明[44]，在制麦、麦汁制作及煮沸过程中，麦芽中的蛋白降解为低分子质量含氮物质氨基，与游离羰基发生反应形成类黑精，进而影响啤酒色度；麦芽中有害风味物质双乙酰的形成与蛋白含量有关，啤酒贮藏过程中氨基酸Strecker降解产生短链醛类，使啤酒产生氧化味。

5.3.3 金属离子对啤酒品质的影响

金属离子同样影响着啤酒的品质，如锌离子影响酵母发酵力及高级醇和酯类物质的形成；镍离子与铁离子容易引发啤酒的喷涌等。

6 结论与展望

精酿啤酒是一种量小而精致的啤酒。绿色、休闲、健康是精酿啤酒文化所倡导的理念，富有浓厚的个性色彩。一款优质的精酿啤酒常以多种不同品种，不同特性的麦芽为原料，酿制出具有复合型口感和香味的成品。可见，麦芽的品质对于精酿啤酒的质量有着举足轻重的作用。但我国精酿啤酒专用麦芽的研究和应用还处于起步阶段，存在很多待解决的问题，包括：（1）由于精酿啤酒在我国所占市场份额仅有1%，整体市场认知度不高，因此酿酒专用麦芽品种较少，缺乏专用化，应当根据市场需求，扩大精酿啤酒市场份额，从而带动专用麦芽的品种开发；（2）我国对精酿啤酒专用麦芽的研究力度还不够大，应当加强专用麦芽的开发和应用研究；（3）我国精酿专用麦芽工业化生产应逐渐与国际接轨，引入新的技术和工艺设备，不断提高加工机械化水平，从而提高麦芽生产质量。

总结、分析精酿啤酒专用麦芽的基本种类、制麦工艺、麦芽中风味物质研究及麦芽对精酿啤酒的品质影响，为今后建立精酿啤酒专用麦芽体系提供一定的理论支持。随着精酿啤酒专用麦芽的研究与开发越来越多，国内市场将会出现丰富多样的的精酿啤酒专用麦芽。这势必会给精酿酿造者们更多的灵感与机会，从而推动精酿行业在我国的发展，让更多人喝到有中国麦香特色的精酿啤酒。