啤酒风味老化评价及机理的研究

论文摘要

啤酒风味老化是一个非常复杂的过程,影响因素包括原料、生产工艺、啤酒酵母、储存条件等。涉及老化的物质约有800余种,直接引起老化的化合物种类繁多。啤酒老化是这些物质群协同作用的结果,其中氧化与抗氧化均非常重要。以往对啤酒风味老化的研究大多停留在比较局部和片面的阶段,未能对老化整体作全面系统的研究。本研究从啤酒老化中高活性自由基反应出发,结合老化推动作用和抗氧化作用,对啤酒老化机制进行深入研究,探讨啤酒老化相关物质与老化过程的关系,并建立科学有效的评价体系。常见的老化评价指标大多为单一指标,能较准确地评价相同条件下贮存的同品牌啤酒,但无法评价不同质量、不同品牌的啤酒。作者提出综合老化评价指标（Complex Evaluation Index）的概念,使用数学统计方法,建立了自由基反应综合评价指标（Free Radical Index, FRI）以及老化物质综合评价指标（Compounds Index, CI）;并提出啤酒风味老化稳定性系数（Stability Index, SI）。SI系数综合了自由基反应与老化典型化合物两方面的单一评价指标,是统一老化过程中氧化推动力和抗氧化力的综合指标。利用FRI、CI和SI系数评价国内成品瓶装淡色啤酒的老化程度。FRI系数适用于评价自然老化时间>90天的啤酒;CI系数适用于评价自然老化时间>180天的啤酒;而SI系数对处于任何老化阶段的啤酒都是较好的评价指标。当SI>20、6≤SI≤20以及SI<6时,啤酒状态分别为新鲜、一般老化以及严重老化,对应的五分制感官品评分数分别为1-2（包括1）、2-4（包括2和4）以及4-5（包括5）。经验证,综合老化评价指标FRI、CI和SI系数评价不同品牌、不同老化程度的啤酒,其感官品评预测值与观测值平均误差为±15%,令人满意。SI系数对老化初、中期样品的老化评价与感官品评结果对应良好,但对老化后期样品的拟合性相对不高。分别使用静态顶空、多级溶剂萃取后甲酯化气相色谱法以及顶空固相微萃取结合气相质谱法（HS-SPME GC-MS）测定啤酒中的高级醇、游离脂肪酸和老化羰基化合物。各老化前体物（高级醇、不饱和脂肪酸、α-氨基酸等）在老化前期就参与反应,形成老化产物,最终在老化中后期达到相对稳定的平衡状态。氧气在老化前期开始作用,成品啤酒中氧的变化以酒体溶氧量表示。啤酒溶氧量随老化时间呈降低趋势,不同品牌啤酒中溶氧量变化差异较大。利用电子自旋捕集方法（PBN-ESR）研究不同老化啤酒的自由基ESR谱线,特征g因子进一步证实成品啤酒中主体自由基为羟基自由基。自由基生成曲线的变化从某种程度上反映了啤酒的老化趋势。推测不饱和脂肪酸和高级醇以自由基为媒介,通过自由基氧化还原链式反应生成羰基化合物。不饱和脂肪酸与高级醇有可能在老化自由基反应的加速或者启动中有重要作用。溶解氧与反映啤酒抗氧化性的迟滞时间相关显著。使用多变量统计方法,分析反映老化推动力和抗氧化力的各种参数,建立成品啤酒风味老化模型。以TBA值、DPPH清除量和高级醇为自变量,老化口感分数为因变量,进行线性回归分析。数学模型中各变量系数在统计意义上显著,且各系数无明显多重共线性。最终模型的调整R2为0.617,观测值与标准化预测值拟合较好。建立成品啤酒自由基生成速率指标Kr,表示迟滞时间之后的自由基生成速度,与啤酒老化性质有关,主要反映啤酒老化初期的非酶氧化。研究发现,高级醇和羰基化合物物反映老化推动作用,迟滞时间反映抗老化作用。在老化前期,来源于溶解氧的活性氧族以自由基传递电子的形式非酶氧化不饱和脂肪酸,形成老化羰基化合物。该机制主要由自由基生成速率体现。另一方面,活性氧同时将活泼的自由基经过高级醇传递,形成另一机制的电子传递链。该链式反应贯穿老化过程始终,受啤酒内源抗氧化力——迟滞时间的影响。分析啤酒酿造过程中的老化物质和指标后发现,酵母对老化相关物质的含量有显著影响。酿造过程中各老化相关物质是相互作用的整体。α-氨基酸与大部分老化物质关系紧密,是老化反应的中心物质。在糖化煮沸阶段的ESR图谱中发现一种自由基X? ,根据ESR信号累加谱线以及g因子计算,初步认定该自由基为超氧阴离子O2?或过氧氢离子HOO?。SI系数和羰基化合物能分别解释糖化煮沸以及发酵过滤阶段各老化物质群和老化指标对老化的影响。以糖化开始的SI系数（SI1）和发酵中期的羰基化合物含量（CC6）为自变量,酿造过程结束的SI系数（SI）为因变量,进行线性回归分析,建立酿造过程啤酒老化模型;模型各变量系数在统计意义上显著,残差正常,且无明显多重共线性。最终模型的调整R2为0.660。对该模型的验证实验证明,观测值与预测值误差在±15%以内,拟合度令人满意。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章绪论
• 1.1 我国啤酒工业的发展现状
• 1.2 啤酒风味老化研究进展
• 1.2.1 啤酒老化过程中的感官变化
• 1.2.2 啤酒老化相关物质群的研究
• 1.2.3 啤酒老化过程的反应机制
• 1.3 立题意义与主要研究内容
• 1.3.1 立题意义
• 1.3.2 本论文主要研究内容
• 第二章啤酒老化综合评价体系的建立
• 2.1 概述
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 数据分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 老化感官品评方法的建立
• 2.3.2 单一老化评价指标评价啤酒老化
• 2.3.3 综合老化评价指标FRI 和CI 的建立
• 2.3.4 综合老化评价指标FRI 和CI 对不同品牌啤酒老化的评价
• 2.3.5 啤酒老化稳定性系数SI
• 2.3.6 啤酒老化综合评价体系的建立
• 2.3.7 啤酒老化综合评价体系的验证
• 2.3.8 啤酒老化机理的初步推测
• 2.4 小结
• 第三章成品啤酒老化主要物质群的研究
• 3.1 概述
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 数据分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第四章成品啤酒老化模型建立及机理探索
• 4.1 概述
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 数据分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 成品啤酒老化模型的建立
• 4.3.2 成品啤酒抗氧化性的ESR 研究
• 4.3.3 从自由基反应角度对成品啤酒老化机制的初步探讨
• 4.4 小结
• 第五章啤酒酿造过程中老化的研究
• 5.1 概述
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 数据分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 啤酒酿造各阶段的老化相关物质群
• 5.3.2 酿造过程老化相关物质和指标的多元统计分析
• 5.3.3 酿造过程老化相关物质与指标的分阶段考察
• 5.3.4 酿造过程自由基变化
• 5.3.5 啤酒酿造过程中老化的建模
• 5.4 小结
• 论文主要结论
• 论文创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附录