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啤酒中揮發性風味物質的分析及風味評價
閱讀：4798 發布時間：2019-5-14摘 要: 應用氣相色譜定量分析啤酒中的揮發性風味物質如醇類、酯類、連二酮、含硫化合物等,通過風味強度進 行風味特征評價及風味差別度的判別 ,達到控制質量的目的。結合應用 GC- MS、氣相色譜 —氣味測定法( GCO) 、電 子自旋共振(ESR)等技術對啤酒、釀造過程及原料中的風味化合物和異味組分進行測定的探討。 關鍵詞: 啤酒; 揮發性風味物質; GCO; ESR; 風味評價
在國內 ,啤酒作為飲料酒 ,其風味特征主 要通過感官品嘗進行評價。隨著啤酒生產規 模化、集團化發展 ,僅靠專業評酒人員進行感 官品嘗 , 難以達到控制產品品質的目的。利 用現代儀器分析技術對啤酒品質進行監控 , 保持啤酒風味一致性 , 是啤酒行業發展的趨 勢。
1 啤酒中主要的揮發性風味物質
啤酒中的揮發性風味成分 ,包括醇類、酯 類、酸類、醛類、酮類、硫化物、酚類化合物等, 其來源、風味閾值及在啤酒中的濃度見表 1。其他影響啤酒品質的揮發性風味成分還 有 ,酒花油中多種揮發性成分共同產生的“酒 花香” , 反 - 2 - 壬烯醛為代表的“老化味” , 3 - 甲基 - 2 - 丁烯硫醇為代表的“日光臭” , 以及麥芽香氣成分等
2 啤酒中揮發性風味化合物的分析
利用氣相色譜可對啤酒中揮發性風味化 合物進行分析 , 氣相色譜測定技術可以測定 啤酒中連二酮、醇類、酯類、含硫化合物、羰基 化合物等重要風味化合物。隨著對啤酒風味 物質研究越來越重視 , 目前已采用 GC- MS、 GC氣味檢測法與 GC - MS結合及電子自旋 共振 (ESR) 技術對啤酒、釀造過程及原料中 的風味化合物和異味組分進行分析。
2. 1 啤酒中低沸點風味化合物的氣相色譜法測定 采用頂空自動進樣 ,可定量測定啤酒中的乙醛、二甲基硫、乙 酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、正丙醇、異丁醇、異戊 醇等 9 種化合物。 儀器 : PER KIN ELMER Autosystem 氣相色譜儀 , PE HS - 40 全自動頂空進樣器 ,PE 1022 數據處理機。FFAP 石英毛 細管柱 ,30m 長 ,0. 32mmI. D. 。 頂空進樣器條件:樣品溫度 50 ℃,加熱時間 35min。 氣相色譜條件: 柱溫 35 ℃保持 3min , 以 10 ℃/ min 升溫至 190 ℃; 進樣器溫度 150 ℃; 檢測器溫度 200 ℃; 載氣為高純氮氣 , 13P. S. I. 。 樣品前處理:移取 10ml 未除氣啤酒于 20 ml 頂空進樣瓶中 , 加入正丁醇內標溶液 ,加密封墊 ,鋁蓋壓緊。將密封后的進樣瓶放 入頂空進樣器中進樣測定。
2. 2 啤酒中連二酮及其前驅體的測定 采用頂空 —毛細管氣相色譜法 , 定量測定啤酒中的雙乙酰
2 ,3 - 戊二酮及其前驅體。 儀器: PE 公司 Autosystem 氣相色譜儀和 HS - 40 全自動 頂 空 進 樣 器 。Carbowax 20M 石 英 毛 細 管 柱 , 25m 長 , 0. 32mmI. D. 。 頂空進樣器條件:樣品溫度 35 ℃,加熱時間 40min。 氣相色譜條件: 柱溫 55 ℃; 進樣器溫度 150 ℃; 檢測器溫度 200 ℃;載氣為高純氮氣 ,17P. S. I. 。 樣品前處理:移取 10ml 未除氣啤酒于 20 ml 頂空進樣瓶中 , 加入內標溶液 ,加密封墊 ,鋁蓋壓緊。將密封后的進樣瓶放入頂空 進樣器中進樣。對連二酮前驅體的測定 , 采用曝氣和 60 ℃保溫 90min 的前處理方式使其全部轉化成雙乙酰和 2 , 3 - 戊二酮 , 測 定的數值為連二酮加前驅體濃度之和。
2. 3 啤酒中游離脂肪酸的測定 定量測定丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸、己酸、辛酸、癸酸等短 鏈脂肪酸及 C12、 C14、 C16、 C18、 C20、 C22、C16 ∶1、 C18 ∶1、 C18 ∶2、 C18 ∶3 等長鏈及不飽和脂肪酸。 儀器:Agilent 6890 氣相色譜儀 ,FFAP 石英毛細管柱 ,30 m 長 ,0. 32mmI. D. 。 氣相色譜條件: 測定短鏈脂肪酸 , 柱溫 120 ℃; 進樣器溫度 150 ℃;檢測器溫度 200 ℃;載氣為高純氮氣 ,10P. S. I. 。測定長鏈 及不飽和脂肪酸 , 柱溫 100 ℃升溫至 200 ℃; 進樣器溫度 210 ℃; 檢測器溫度 210 ℃;載氣為高純氮氣 ,10P. S. I. 。 樣品前處理:測定短鏈脂肪酸 ,100ml 啤酒加入內標溶液 ,用 二氯甲烷萃取 2 次后 , 經 4000r/ min 離心 20min , 再震蕩 20min 后 , 用微量注射器移取 2μ l 進氣相色譜。測定長鏈及不飽和脂肪 酸 , 1000 ml 啤酒加入內標溶液 , 用氯fang/ 甲醇溶液萃取 3 次 , 得 到的脂肪酸進行甲酯化反應并經純化后, 用微量注射器移取 4μ l 進氣相色譜。
2. 4 啤酒中β- 苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸β- 苯乙 酯等高沸點組分的測定 定量測定β- 苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸β- 苯乙 酯等高沸點組分。 儀器:Agilent 6890 氣相色譜儀 ,FFAP 石英毛細管柱 ,30 m 長 ,0. 32mmI. D. 。 氣相色譜條件 : 柱溫 100 ℃升溫至 190 ℃; 進樣器溫度 150 ℃;檢測器溫度 200 ℃;載氣為高純氮氣 ,10P. S. I. 。
2. 5 氣相色譜 —氣味檢測技術( GCO)分析啤酒中的風味成分 20 世紀 90 年代初期 , 上采用氣相色譜 —氣味檢測技術 對啤酒中的風味成分進行分析 ,其優點是利用氣相色譜的高分離 效能 , 將啤酒中復雜的風味組分分離成單個的化合物; 毛細管柱 的出口一分為二 ,一個接 FID 檢測器進行常規的定量 ,一個接氣 味檢測器 ,通過人的嗅覺鑒別單個成分的風味特征。GCO 法與其 他分析手段相結合 ,如 GC - MS , 可以鑒別啤酒中具有明顯風味 特征的成分 ,如異戊醇、 β- 苯乙醇、酯類、老化羰基化合物及殺菌 劑味、硅藻土吸附的風味物質、易拉罐內層涂料引起的異味等風 味物質。應用舉例:
2. 5. 1 GCO 法分析啤酒中的老化風味成分。20ml 啤酒在隔氧 避光條件下吸附在 Extrelute 20 萃取柱上 ,再用 100ml 戊烷解吸 后蒸餾濃縮 ,直接注入氣相色譜。氣相色譜條件: HP - 5 石英毛 細管柱 , 50 m 長 , 0. 32mmI. D. ; 柱溫 40 ℃,以 3 ℃/ min 升溫至 270 ℃保持 45min ; 柱出口洗脫分流比 FID ∶氣味檢測器為 10 ∶ 90 ;氣味檢測器工作時間 60min。GCO 法與 GC - FID 結合可以 分析啤酒中的醇、酯類、酚類及反 - 2 - 壬烯醛、苯YI等老 化風味醛類物質。
2. 5. 2 多維氣相色譜 —氣味檢測法與 GC - MS 技術結合測定 啤酒、釀造過程及原料中的風味化合物和異味組分。啤酒釀造過 程中產生殺菌劑味 ,例如 2 ,6 - 二氯苯酚 ,單靠 GC - MS 技術 ,因 分離度不好 , 無法定性 , 采用多維氣相色譜 —氣味檢測技術可以 解決這一難題。先將樣品酒用yi醚為萃取劑采用固相萃取管萃取 及濃縮 , 然后利用 HP - Innowax 毛細柱由 GC 風味檢測器在保 留時間為 63. 7min 進行殺菌劑味測定。再將分離出的樣品吸附在 Tenax TA 管上 ,采用 Quadrex007 甲基硅酮毛細柱進行分離 ,由 GC 氣味檢測器在保留時間為 18. 3min 進行殺菌劑味測定 , 后 由多維 GC - MS 在相同分離條件下進行測定 , 可鑒別出該種化 合物是 2 ,6 - 二氯苯酚。
2. 6 電子自旋共振(ESR)技術改善啤酒的風味穩定性 利用電子自旋共振光譜技術 ,可以測定啤酒的內抗氧化活性 及 OH 基團產生活性。在生產實踐中 ,該技術可對釀造工藝對啤 酒風味穩定性的影響進行分析 ,達到預測和改善啤酒風味穩定性 的目的。將 ESR 技術應用于啤酒新鮮度管理中 , 與化學發光技 術、老化風味醛類測定技術相結合 ,可以定量分析啤酒的新鮮度 , 而且得到的新鮮度值與感官品評有很好的相關性。
3 啤酒中揮發性風味化合物的風味評價 啤酒風味特征評價方法的原理是 ,通過氣相色譜對啤酒中的 揮發性風味成分進行分析測定 , 結合 Meilgaad 有關風味閾值及 風味協同作用的研究理論 , 計算某種風味特征的風味強度值 , 從 而對啤酒的風味成分進行評價及對不同品牌啤酒進行風味差別 的判別 ,達到控制和改善啤酒風味穩定性和一致性的目的。 風味閾值是指某種風味成分在啤酒中可感受到的低含 量。某種風味成分對啤酒的影響 ,主要與其濃度和風味閾值有關 , 由此提出了風味強度的概念。風味強度(FU) = 風味物質濃度/風 味閾值。根據風味強度值的大小 , 將啤酒中的風味成分分為 4 類。
● 首要的風味成分(FU > 2. 0) 乙醇 ,酒花苦味物質(如異 草酮) ,CO2。特殊啤酒:酒花香氣成分 ,谷物香氣成分 ,高濃啤酒的幾種酯 類和醇類 ,短鏈脂肪酸缺陷啤酒: 反 - 2 - 壬烯醛 , 雙乙酰和 2 , 3 - 戊二酮 , H2S、 DMS 等含硫化合物 , 乙酸 , 3 - 甲基 - 2 - 丁烯硫醇 , 其他因微生 物污染等生成的風味成分
● 次要的風味成分(0. 5～2. 0 FU) 揮發性:香蕉酯(如乙酸異戊酯) ,蘋果酯(如己酸乙酯) ,雜醇 油 (如異戊醇) ,C6、 C8、 C10脂肪酸 ,乙酸乙酯 ,丁酸和異戊酸 ,苯乙 酸。 非揮發性:酚類 ,各種酸類 ,糖類及酒花化合物。
● 第三類風味成分(0. 1～0. 5 FU) 乙酸苯乙酯 ,對氨基苯乙酮 ,異戊醛 ,乙偶姻 ,γ- 戊內酯等
● 其他風味成分( < 0. 1 FU) 指不在上述范圍的風味成分。 通過利用風味強度值這一概念 , 可對啤酒風味成分進行評 價。其有兩方面的涵義:
3. 1 評價個體樣品的風味特征 ,預測風味病害 一般來講 , 當某種風味物質的風味強度小于 0. 5 時 , 不會對 風味產生影響;當風味強度在 0. 5～2. 0 時 ,則會對啤酒風味產生 一定的影響; 當風味強度大于 2. 0 時 , 對啤酒的風味有嚴重的影 響。
利用氣相色譜分析方法 ,對啤酒中重要的醇、酯類、連二 酮、乙醛、二甲基硫、脂肪酸等成分進行分析測定,這些物質涵蓋 了啤酒的醇味、酯香味、雙乙酰味、生青味、煮玉米味等風味特征, 約占啤酒主要香氣特征的 50 % ,是啤酒香氣成分的主要骨架。 由于啤酒中的風味成分之間具有風味協同作用或風味累加 作用 ,在進行風味特征評價時要考慮不同化合物對風味的影響。 如正丙醇、異丁醇和異戊醇是醇的代表物質, 賦予啤酒典型 的“醇味”。正丙醇、異丁醇在啤酒中的濃度均低于其閾值的 15 % ,對啤酒影響甚微 ,異戊醇的閾值 70mg/ L ,濃度范圍 25～85 mg/L ,對啤酒有較大的影響。由于這些醇類混合物具有風味協同 作用 , 根據不同醇類對啤酒風味的影響比例大小及風味閾值, 可 以得到啤酒“醇味”的風味強度值計算公式。由此建立的風味特征 及相關化合物關系見表 2 ,醇酯比關系見表 3。
3. 2 判別不同啤酒的風味差別 , 改善啤酒的風味穩定性和一致 性 風味強度值結合風味物質的協同作用理論 , 可以對不同時 期、不同地點生產的啤酒比較風味差別,以區分其風味特征。風味差別度的評價方式見表 4。
利用風味強度值進行啤酒風味評價, 主要適用評價啤酒香氣 成分的主要骨架 , 如醇、酯、雙乙酰等有典型風味特征的物 質。對于甜味、苦味、澀味等口感物質,由于不能進行定性定量分 析 ,對其風味難以進行評價。因此 ,該方法與感官品評相結合 ,能 對啤酒風味特征進行較全面的評價