于 淼,馬明娟,毋思敏,蘇紅旭,陳 霞,蘇曉霞,*,郭 斐,*

(1.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司,營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室,老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實驗室,北京 102209;2.中糧麥芽(大連)有限公司,遼寧大連 116200)

啤酒一直以來都是最受消費者喜愛的酒精飲料之一,據(jù)英敏特公司2018酒精飲料行業(yè)調(diào)查顯示,啤酒和白酒最受中國消費者的喜愛。但現(xiàn)在的消費者已經(jīng)不滿足于傳統(tǒng)商業(yè)啤酒所帶來的的風(fēng)味和口感。從2015年起,我國的精釀啤酒市場進入高速發(fā)展階段[1]。越來越多的人,開始關(guān)注到精釀啤酒,其獨特的風(fēng)味特征更加吸引著普羅大眾和啤酒愛好者。隨著精釀啤酒市場的日益增長和其不一樣的感官特性,更多的人開始關(guān)注到其背后的主要風(fēng)味貢獻原料——特種麥芽[2-3]。

特種麥芽的制作工藝上需要經(jīng)過不同時間的高溫焙烤,進而制作出不同色度不同風(fēng)味的特種麥芽[4]。同時,特種麥芽中含有多種可以呈現(xiàn)出不同風(fēng)味特征的風(fēng)味物質(zhì),這些風(fēng)味化學(xué)物質(zhì)共同形成了其獨特的香氣特征,這些香氣成分主要形成于特種麥芽加工的干燥和焙烤工藝階段[5]。它可以賦予精釀啤酒獨特誘人的顏色,使其獨具一格的濃郁風(fēng)味[6-8]。

近些年,國內(nèi)外采用頂空固相微萃取技術(shù)(head space-solid phase microextract,HS-SPME)進行揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究已有大量報道,如應(yīng)用于食品領(lǐng)域中的茶葉[9]、風(fēng)味油[10]、以及肉食產(chǎn)品[11]的風(fēng)味物質(zhì)研究等。該技術(shù)采用具有高分子吸附涂層的萃取頭,通過頂空方式,對待測樣品進行提取、富集、進樣和解析,從而將風(fēng)味物質(zhì)進行分離分析[12]。同時,對于樣品感官特性的評價方法也多種多樣,RATA方法是評價員基于待測樣品的一套屬性詞表只對感受到的屬性進行強度打分[13],相較于傳統(tǒng)定量描述分析法(QDA),該方法實操性更強且耗時短。盡管現(xiàn)如今很多研究人員質(zhì)疑感官評價方法的客觀性,但是目前儀器的檢測器還不能像人的感知器官一樣敏感[14]。有研究發(fā)現(xiàn),風(fēng)味物質(zhì)特征和感官評價可以通過統(tǒng)計學(xué)建模方法去探究二者之間的相關(guān)性[15]。

由于麥芽在不同焙烤時間和焙烤溫度的雙重作用下,會形成風(fēng)味和色度各異的特種麥芽。本文選取了六款不同色度(低→高)的特種麥芽進行研究,其主要目的是探究不同色度的特種麥芽汁的風(fēng)味物質(zhì)和感官特性表現(xiàn),然后利用數(shù)學(xué)模型建立兩者間相關(guān)性。因此,通過結(jié)合儀器和人的感官進行特種麥芽的風(fēng)味特性分析,為優(yōu)化制麥工藝和精釀啤酒的產(chǎn)品開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

特種麥芽 以特種麥芽的色度為依據(jù)共選取了六款特種麥芽,分別為:高香麥芽、餅干麥芽、焦香麥芽、結(jié)晶麥芽、巧克力麥芽和黑麥芽,對應(yīng)的色度分別為42 EBC、80 EBC、110 EBC、323 EBC、643 EBC和1404 EBC 由中糧麥芽(大連)有限公司提供。

7890B-5977氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)(嗅聞儀型號:Sniffer 9000、固相微萃取采用采CTC PAL自動進樣器,萃取頭型號:50 μm CAR-PDMS-DVB) 安捷倫科學(xué)儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 麥芽汁制備 參考美國釀造化學(xué)家協(xié)會(American Society of Brewing Chemists,ASBC)與比利時Briess麥芽公司聯(lián)合開發(fā)的熱浸法(Hot Steep Method)制作麥芽汁[16]。采用料水比1(特種麥芽粉):8(65 ℃純凈水) g/mL的比例進行特種麥芽汁配制。麥芽汁的制備方法共分為四步,第一步磨粉,取100 g啤酒麥芽于料理機中研磨90 s;第二步稱重,稱取80 g麥芽粉和640 g 65 ℃的純凈水;第三步浸泡,將稱量好的麥芽粉和純凈水混合倒入保溫杯中,浸泡15 min;第四步過濾,將浸泡好的混合液用濾紙進行過濾。本文中,研究單一特種麥芽的風(fēng)味特性和感官屬性強度,所測樣品均為單一特種麥芽汁,并未與基礎(chǔ)麥芽進行復(fù)配。

1.2.2 固相微萃取條件 采用固相微萃取技術(shù)對特種麥芽揮發(fā)性成分進行收集。準(zhǔn)確稱取5.0 g已制備好的特種麥芽汁置于20 mL的頂空瓶中,采用CTC PAL自動進樣器,萃取溫度60 ℃,萃取時間40 min,平衡時間20 min,吸附完畢后固相微萃取柱插入進樣口解吸時間3 min[17]。

1.2.3 氣相色譜條件 色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序為:初始溫度35 ℃,保持8 min,以5 ℃/min升溫到85 ℃,保持1 min,再以4 ℃/min升溫到200 ℃,保持3 min,再以10 ℃/min升溫到230 ℃,保持5 min。載氣為氦氣(He);恒定流速為2.0 mL/min;進樣口溫度為250 ℃;壓力為22.99 psi;不分流。

1.2.4 質(zhì)譜條件 離子源EI源;離子源溫度為230 ℃;四極桿溫度為150 ℃;電子能量70 eV;傳輸線溫度250 ℃;質(zhì)量掃描范圍m/z 30～500;所得質(zhì)譜數(shù)據(jù)用NIST 2011質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索。

1.2.5 嗅聞儀條件 嗅聞儀接口溫度為200 ℃,嗅聞時為了防止實驗員鼻腔干燥影響嗅覺,通入濕潤的空氣。

1.2.6 定性與定量分析 定性:實驗數(shù)據(jù)通過GC-MS化學(xué)工作站處理,未知化合物與NIST 2011譜庫進行匹配定性,并與文獻中對照定性,當(dāng)匹配度大于800(最大值為1000)的鑒定結(jié)果予以報道。定量:通過GC-MS化學(xué)工作站處理系統(tǒng),并用氣相色譜峰面積歸一化定量計算出各化合物在麥芽中的峰面積的相對含量。

1.2.7 感官描述方法 采用近年來快速興起的感官方法,Rate All That Apply(RATA)進行產(chǎn)品屬性強度測定。首先,通過專業(yè)評價小組建立麥芽的感官評價描述詞庫,將啤酒麥芽感官屬性詞列表提供給評價員,并要求他們對感受到的產(chǎn)品感官特性進行打分。啤酒麥芽的強度打分為5分制,0分為未感覺到該屬性;1分為僅僅感覺到;2分為輕微;3分為適中;4分為強;5分為非常強。

1.3 數(shù)據(jù)分析

偏最小二乘回歸法(Partial Least Square Regression,PLSR)進行風(fēng)味物質(zhì)和感官數(shù)據(jù)相關(guān)性的建立,通過 XLSTAT 2015(Addinsoft,Paris,France)實現(xiàn)。實驗重復(fù)三次。

2 結(jié)果與分析

2.1 六款特種麥芽的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)結(jié)果

根據(jù)特種麥芽顏色類別劃分,共選取了六款不同色度的特種麥芽,分別是高香麥芽、餅干麥芽、焦香麥芽、結(jié)晶麥芽、巧克力麥芽、黑麥芽,進行風(fēng)味物質(zhì)鑒定及風(fēng)味嗅聞研究,數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

表1 六種特種麥芽中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及香氣特征

六款特種麥芽中共檢測出41種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中醛類20種、吡嗪類7種、醇類4種、酚類1種、雜環(huán)化合物類9種。韓永紅[18]研究發(fā)現(xiàn)醛類、吡嗪類和雜環(huán)化合物類為特種麥芽重點風(fēng)味化合物。盡管有些風(fēng)味物質(zhì)是六種特種麥芽中共同存在的,但是不同類別的特種麥芽其特征風(fēng)味物質(zhì)也存在差異。

GC-O-MS結(jié)果表明,該六款特種麥芽共同的特征風(fēng)味物質(zhì)為2-甲基丁醛(焙烤味)、糠醛(紅棗水味)、壬醛(蜂蜜味)。此外,當(dāng)特種麥芽色度大于400時,巧克力麥芽和黑麥芽的特征風(fēng)味物質(zhì)為5-甲基呋喃醛(咖啡味)、2,5-二甲基呋喃(焦味)、2-甲基苯并呋喃(炭烤味)和2-(2-呋喃甲基)-5-甲基呋喃(巧克力味)。當(dāng)其色度小于400時,特種麥芽的特征風(fēng)味物質(zhì)為異丁醛(烤香味)、苯乙醛(蜂蜜味)、反-2-壬烯醛(焦糖味)、α-(2-甲基亞丙基)苯乙醛(谷物味)和5-甲基-2-苯基-2-己烯醛(花蜜味)。

由圖1所示,餅干麥芽的風(fēng)味化合物總數(shù)最多為24種,高香麥芽19種,焦香麥芽17種,結(jié)晶麥芽14種,巧克力麥芽13種,以及黑麥芽15種。結(jié)合表1可知,醛類、吡嗪類和雜環(huán)化合物是構(gòu)成特種麥芽主體風(fēng)味的重要物質(zhì)。醛類物質(zhì)在特種麥芽中的風(fēng)味整體呈現(xiàn)為焙烤味、烤堅果味和焦糖味[19],高香麥芽、餅干麥芽和焦香麥芽各含有醛類物質(zhì)14種,結(jié)晶麥芽含有11種,巧克力麥芽和黑麥芽分別含有4種和6種;吡嗪類化合物在產(chǎn)品中的風(fēng)味一般呈現(xiàn)為焙烤味,其中高香麥芽含有1種,餅干麥芽含有5種,巧克力麥芽和黑麥芽各含有3種和2種吡嗪類物質(zhì),焦香麥芽和結(jié)晶麥芽未檢出;雜環(huán)化合物主要呈現(xiàn)的是焦糊味,巧克力麥芽中檢出6種,黑麥芽中檢出5種,餅干麥芽中檢出4種,其它三款麥芽各檢出2兩種。

圖1 六種特種麥芽汁的風(fēng)味成分分析結(jié)果

特種麥芽中的風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生是由于基礎(chǔ)麥芽在焙烤過程中經(jīng)過美拉德反應(yīng)和Strecker降解反應(yīng),從而生成活性風(fēng)味物質(zhì)[20-21]。此外,特種麥芽的焙烤參數(shù)也與其色度息息相關(guān),色度越高所需的焙烤溫度和時間也會越長,反之亦然。因此,當(dāng)麥芽的焙烤溫度在100～130 ℃,焙烤時間在2～3 h的情況下,Strecker降解反應(yīng)產(chǎn)生,形成醛類化合物,為特種麥芽提供焙烤香氣[22-23]。當(dāng)焙烤溫度升高和時間繼續(xù)增加時,麥芽內(nèi)部發(fā)生碳化變黑,隨即黑色逐漸加深,這才導(dǎo)致其生成更多的雜環(huán)類化合物,且呈現(xiàn)為焦糊味和煙熏味等[24]。由此可見,醛類化合物對高香麥芽、餅干麥芽、焦香麥芽、結(jié)晶麥芽的風(fēng)味貢獻較大,而雜環(huán)化合物則是對巧克力麥芽和麥芽的風(fēng)味貢獻顯著。

2.2 感官特性結(jié)果

高香麥芽、餅干麥芽、焦香麥芽、結(jié)晶麥芽、巧克力麥芽、黑麥芽的感官風(fēng)味特性評價結(jié)果是由15位專業(yè)的啤酒麥芽感官評價員采用RATA法對照中糧啤酒麥芽屬性詞庫的屬性詞進行評價打分。本測試的屬性詞包括,烤面包味、烤紅薯味、蜂蜜味、紅棗水味、谷物味、焦糖味、餅干味、烤焦紅薯味、炭烤味、煙熏味、焦香、烤堅果味、榛果味、杏仁味、黑巧克力味、咖啡味、酒酸、黑咖啡酸味、甜味、回甜、苦味,共計21個屬性詞。

根據(jù)樣品感官特性強度打分(圖2)和風(fēng)味特性主成分分析(圖3)可見,六款特種麥芽的按風(fēng)味特性可劃分為三類,第一類是高香麥芽和焦香麥芽主要呈現(xiàn)為谷物味、烤面包味、蜂蜜味、焦糖味、榛果味和酒酸;第二類是餅干麥芽和結(jié)晶麥芽主要表現(xiàn)為烤焦紅薯味、餅干味、烤堅果味、杏仁味、焦香和紅棗水味;第三類是巧克力麥芽和黑麥芽,其整體風(fēng)味偏向煙熏味、黑巧克力味、咖啡味、苦味和回甜。

圖2 六種特種麥芽感官評價雷達圖

圖3 六款特種麥芽感官特性間的主成分分析圖

Coghe等[25]研究認(rèn)為隨著特種麥芽色度的增加,果香和甜香的風(fēng)味會逐漸減少,而焦糊味、黑巧克力味和炭烤味屬性會逐漸增強。在本場實驗中,可以發(fā)現(xiàn)由于巧克力麥芽和黑麥芽的制造過程中所需的焙烤溫度和焙烤時間均高于其它四款麥芽,導(dǎo)致該兩種麥芽的色度值增加,致使炭烤味和煙熏味屬性強度也隨之增加。

2.3 特種麥芽風(fēng)味物質(zhì)與感官特性的相關(guān)性

通過建立PLSR數(shù)學(xué)模型,研究特種麥芽特征風(fēng)味物質(zhì)與感官屬性的相關(guān)性。圖4展示了六款特種麥芽汁的化學(xué)風(fēng)味物質(zhì)和感官特性之間的相互關(guān)系,自變量X和因變量Y分別為特種麥芽的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和感官風(fēng)味屬性,Obs為具體特種麥芽類別。同時,變量到圓心的距離顯示了主要成分對變量的解釋程度,距離越大說明主成分之間對該變量解釋的越好,相反,若變量位于圓心附近,則表示關(guān)于該變量的更多信息在其他維度上面,導(dǎo)致解釋度降低[26]。同時,兩個變量之間的距離說明了他們之間的相關(guān)性,兩者距離越近,說明兩變量間的正相關(guān)越大;如果兩個變量在兩個相反的位置遠離圓心,說明他們直接具有負(fù)相關(guān);如果兩變量位于垂直位置,說明他們直接不具有相關(guān)性。

因此,由圖4可知,為巧克力麥芽和黑麥芽做出主要風(fēng)味貢獻的化合物是5-甲基呋喃醛、2-甲苯并呋喃、6-甲基-2-異戊基吡嗪和2-(2-呋喃甲基)-5-甲基呋喃,且在該四種化學(xué)風(fēng)味物質(zhì)的協(xié)同作用下,使得麥芽汁的感官特性整體呈現(xiàn)為黑巧克力味、咖啡味、焦糊味和煙熏味。餅干麥芽的主要貢獻風(fēng)味物質(zhì)為反-2-辛烯醛、2-丁基-3甲基吡嗪、2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪、反,反-2,4-庚二烯醛、3,5-二甲基-2-丙基吡嗪,這些風(fēng)味物質(zhì)與餅干麥芽的餅干味、烤堅果味和烤焦紅薯味息息相關(guān)。由于另外三種麥芽到圓心的距離較近,導(dǎo)致該模型對三種麥芽的風(fēng)味物質(zhì)和感官特征的相關(guān)性解釋較低,故不做該三種麥芽相關(guān)性解釋。

圖4 六款特種麥芽風(fēng)味物質(zhì)與感官特性的PLSR分析模型

此外,觀察特種麥芽的感官特性和風(fēng)味物質(zhì)的相關(guān)性可以發(fā)現(xiàn)壬醛、辛醇、正癸醛、可可醛、2-甲基丁醛、苯乙醛、5-甲基-2-苯基-2-己烯醛,構(gòu)成了烤紅薯味、蜂蜜味、烤面包味、紅棗水味;α-亞乙基-苯乙醛、苯甲醛和3-苯基呋喃,則構(gòu)成了焦香味。同時,對比特種麥芽風(fēng)味物質(zhì)嗅聞結(jié)果發(fā)現(xiàn),以上每一個物質(zhì)分別對應(yīng)的嗅聞結(jié)果也與感官特性風(fēng)味呈現(xiàn)相同趨勢。由此證明,特種麥芽的感官特性與風(fēng)味物質(zhì)間的協(xié)同作用是密不可分的。

3 結(jié)論

GC-O-MS結(jié)果表明,從六款特種麥芽中共鑒定出風(fēng)味化合物41種,其中醛類20種、吡嗪類7種、醇類4種、酚類1種、雜環(huán)化合物類9種。同時,隨著該六款特種麥芽的色度升高,其重點揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)也發(fā)生改變,醛類化合物會逐漸減少,其風(fēng)味主要表現(xiàn)為焙烤味、烤堅果味和焦糖味;雜環(huán)類化合物逐漸增多,主要呈現(xiàn)為焦糊味。對六款特種麥芽的感官特性研究發(fā)現(xiàn)隨著六款麥芽色度的增加,果香和甜香的風(fēng)味會逐漸減少,炭烤味和煙熏味會逐漸加強。通過建立六款特種麥芽PLSR模型,分析六款特種麥芽風(fēng)味物質(zhì)和感官特性的相關(guān)性聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn),不同種風(fēng)味物質(zhì)間的協(xié)同作用下,可以構(gòu)成該特種麥芽的典型感官特性。同時,該模型對餅干麥芽、巧克力麥芽和黑麥芽的風(fēng)味物質(zhì)—感官特性的解釋程度較高,但對高香麥芽、焦香麥芽、結(jié)晶麥芽的主體風(fēng)味解釋欠佳,有待下一步探索。

該實驗的可以更好地明確不同色度下的特種麥芽其風(fēng)味特點的構(gòu)成和風(fēng)味物質(zhì)與感官特征的相關(guān)性,對啤酒產(chǎn)品的風(fēng)味及風(fēng)格設(shè)計上奠定基礎(chǔ)。但是,該研究只能初步建立儀器檢測下的風(fēng)味物質(zhì)與感官特性相關(guān)性的模型,因此,在日后的研究中,可以通過增加測試樣本量,對該數(shù)學(xué)模型進行驗證,以達到一個更精準(zhǔn)的風(fēng)味相關(guān)性判斷。