麦芽焙烤程度与类型对啤酒化学组成、香气特征、抗氧化活性及感官属性的影响研究

本研究针对麦芽焙烤工艺如何影响啤酒品质这一关键问题，系统探讨了不同焙烤程度及类型的麦芽对啤酒化学组成、香气轮廓、抗氧化能力及感官特性的调控作用。结果表明，焙烤处理通过促进美拉德反应，显著提升了啤酒中类黑精、阿马多里化合物等产物的含量，进而增强了其抗氧化活性（DPPH/ABTS自由基清除能力）并丰富了烤香、焦糖香等香气特征。该研究为通过精准控制麦芽焙烤工艺来定向提升啤酒的功能性与风味品质提供了理论依据和实践指导。

　　

啤酒，作为全球消费量最大的酒精饮料，其品质深受原料麦芽及其加工工艺的影响。然而，在啤酒酿造过程中，麦芽的焙烤程度如何精确调控啤酒的化学组成、赋予其独特的风味、并影响其健康相关的功能性成分（如抗氧化物质），仍然是酿酒科学与食品化学领域一个值得深入探索的课题。传统上，啤酒的感官属性，如果香、烤香等，很大程度上依赖于麦芽的焙烤程度。但与此同时，美拉德反应（Maillard Reaction）在焙烤过程中产生的一系列化合物，不仅关系到色泽和风味，还被认为具有抗氧化潜力。目前的研究虽然普遍认同焙烤能增强啤酒色泽和某些风味，但对于不同焙烤程度及麦芽类型（如液态麦芽）如何系统性影响啤酒的香气分子图谱、抗氧化活性的具体机制，以及这些化学变化如何最终映射到消费者的感官体验上，仍缺乏全面而深入的机理层面阐释。这就使得精准设计麦芽焙烤工艺以优化啤酒综合品质面临挑战。

为了回答上述问题，由Seung Min Yu、Da Hye Song、Yu-Rim Lee、Ki Nam Kim、Sae-Hun Kim和Jeung Hee An组成的研究团队，在《Food Chemistry: X》上发表了一项研究，系统考察了麦芽焙烤程度（基础麦芽、浅色麦芽、深色麦芽）和麦芽类型（基础麦芽 vs. 液态麦芽）对啤酒多项指标的影响。

研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几项关键技术方法：首先，按照标准流程制备了不同焙烤程度的麦芽及液态麦芽，并以此为基础酿造啤酒。其次，对麦芽和啤酒样本进行了一系列理化指标分析，包括基本成分（如水分、蛋白质、碳水化合物）、糖化力、pH值、色度、酒精度等，并特别检测了美拉德反应产物（类黑精melanoidins和阿马多里化合物Amadori compounds）的含量。通过氨基酸分析仪测定了啤酒中的游离氨基酸谱。抗氧化活性评估则采用了DPPH自由基清除、ABTS自由基清除和还原力测定三种经典方法。香气特征的解析依赖于电子鼻（超快气相色谱结合双火焰离子化检测器）技术，能够快速、高通量地分析挥发性有机物。味觉特征的评估则使用了电子舌系统。最后，经过培训的感官评价小组对啤酒的18项感官属性进行了定量描述分析。所有数据均进行了统计学分析，包括方差分析和主成分分析（PCA），以确保结果的可靠性。

3.1. 麦芽的特性

研究发现，随着焙烤程度加深，麦芽的颜色逐渐加深，水分含量下降，而粗灰分和碳水化合物含量增加。深色麦芽的糖化力最高，总糖含量也显著高于基础麦芽。麦芽的pH值随着焙烤程度加深而显著升高。液态麦芽由于其浓缩特性，pH值最低（4.69），但总糖含量远高于基础麦芽。这些理化特性的变化为后续啤酒的差异奠定了基础。

3.2. 根据焙烤程度和麦芽类型区分的麦芽和啤酒特性

如图1所示，使用不同麦芽酿造的啤酒在颜色上呈现明显差异，深色麦芽啤酒颜色最深。液态麦芽啤酒的酒精度（ABV）显著高于基础麦芽啤酒。各啤酒样品的pH值无显著差异。酵母总数在不同啤酒间存在显著差异。美拉德反应产物（类黑精和阿马多里化合物）的含量在麦芽和啤酒中均显示，深色麦芽及其啤酒中的含量最高，液态麦芽啤酒也高于基础啤酒。游离氨基酸分析表明，焙烤处理改变了啤酒的氨基酸谱，例如，丝氨酸、酪氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、胱硫醚和γ-氨基丁酸（GABA）的含量随焙烤处理而增加，而精氨酸和胱氨酸含量下降。这些氨基酸的变化与啤酒风味前体物质的形成密切相关。

3.3. 抗氧化活性和美拉德衍生谱的贡献

抗氧化活性测定结果（图2）显示，深色麦芽啤酒表现出最高的DPPH和ABTS自由基清除活性以及还原力，浅色麦芽啤酒次之，液态麦芽啤酒也显示出高于基础啤酒的抗氧化活性。总多酚和总黄酮含量随焙烤程度加深而增加，但单宁含量无显著变化。尽管液态麦芽啤酒的多酚类物质含量相对较低，但其抗氧化能力仍然较强，这表明美拉德反应衍生物（如类黑精）对抗氧化活性的贡献不容忽视。研究结果支持了美拉德反应产物在增强啤酒抗氧化性能方面的作用。

3.4. 使用电子鼻分析根据不同焙烤程度和麦芽类型酿造的啤酒的香气差异

电子鼻分析共鉴定出93种香气物质（表2，图3，图4）。主成分分析（PCA）表明，焙烤程度是驱动香气成分变化的主要因素（PC1贡献率94.8%）。浅色麦芽啤酒保留了最多的酯类和醇类香气物质（如己酸乙酯、顺式-3-己烯醇乙酸酯），呈现出果香和花香特征。深色麦芽啤酒则富含美拉德反应衍生的吡嗪类（如2,3-二甲基吡嗪）、醛类（如糠醛）和含硫化合物（如二甲基三硫醚），赋予其烤香、坚果香和焦糖香。液态麦芽啤酒的香气谱最为独特且协调性较差，许多酯类和单萜烯类（如γ-松油烯）含量显著降低，表明在浓缩过程中发生了热降解或转化。

3.5. 根据不同焙烤程度和麦芽类型酿造的啤酒中香气谱和抗氧化相关挥发物的调节

香气物质的变化与抗氧化活性相关联（图5）。尽管深色麦芽啤酒的香气谱发生了重构，但其最高的抗氧化活性与富含氮的美拉德反应产物（如吡嗪、类黑精）密切相关。而液态麦芽啤酒在香气物质大量流失的同时，其基于多酚的抗氧化指标较低，但依然保持了一定的自由基清除能力，再次凸显了美拉德反应产物的贡献。

3.6. 根据不同焙烤程度和麦芽类型酿造的啤酒的电子舌和感官评价

电子舌分析（图5B, C，表3）和感官评价结果（附图S5）表明，不同啤酒的味觉特征存在显著差异。深色麦芽啤酒在苦味（SCS）和鲜味（NMS）上得分较高，而浅色麦芽啤酒更甜（ANS）。液态麦芽啤酒则表现出较高的咸味（CTS）和鲜味，但甜度较低。感官评价结果与电子舌数据有较好的一致性，特别是在鲜味和甜味上。深色啤酒在苦味、醇厚度、粘度等口感属性上评分更高。

本研究得出结论，麦芽的焙烤程度和类型显著影响啤酒的理化性质、抗氧化活性和感官属性。焙烤通过促进美拉德反应，增加了碳水化合物利用率、美拉德反应产物（类黑精、阿马多里化合物）和某些游离氨基酸的含量，从而加深了啤酒颜色，并增强了其抗氧化能力。香气分析揭示，浅度焙烤利于保留果香酯类，而深度焙烤则产生丰富的烤香、坚果香吡嗪类和醛类物质，γ-松油烯等热敏性萜烯的降解则体现了香气保留与美拉德产物形成之间的权衡。电子舌和感官评价证实了不同焙烤工艺啤酒在味觉特征上的差异。

该研究的意义在于，它从化学组成、功能活性和感官特性三个维度，系统地阐明了麦芽焙烤工艺对啤酒品质的调控作用机制。这不仅深化了对美拉德反应在啤酒酿造中多重角色（影响色泽、风味、抗氧化性）的理解，而且为啤酒酿造商通过精准控制麦芽焙烤条件来定向开发具有特定风味特征和增强功能性（如抗氧化）的啤酒产品提供了坚实的科学依据和可行的技术路径。例如，针对追求丰富烤香和高抗氧化活性的产品，可采用深度焙烤麦芽；而若希望突出果香和清新口感，则浅度焙烤麦芽更为适宜。