浸出糖化法与煮出糖化法对小麦啤酒碳水化合物结构、发酵行为及挥发性化合物谱的影响

《Foods》：Effects of Infusion and Decoction Mashing on Carbohydrate Structure, Fermentation Behavior, and Volatile Compound Profiles in Wheat Beer

　　

啤酒风味取决于糖化过程中产生的可发酵碳水化合物的组成和结构特征。尽管已知糖化策略影响麦汁组成，但糖化引起的碳水化合物结构变化与后续酵母代谢及风味形成之间的机制关系仍知之甚少。本研究旨在比较浸出糖化法（infusion mashing, IMM）和煮出糖化法（decoction mashing, DMM）两种糖化程序对小麦啤酒碳水化合物结构、发酵行为及风味属性的影响。采用标准方法分析理化性质；采用色谱技术结合多变量分析测定有机酸、氨基酸和挥发性化合物；采用电子鼻和电子舌系统进一步评估仪器香气和滋味特征。与IMM相比，DMM麦汁含有数值上更高比例的低聚合度碳水化合物和更高浓度的氨基酸。这些组成差异与成品啤酒中不同的发酵动力学以及独特的挥发性和非挥发性代谢物谱相关。DMM与较高浓度的中链脂肪酸乙酯相关，而IMM与较高浓度的乙酸酯、高级醇和醛类相关，这与较快发酵和增强的氨基酸分解代谢一致。多变量分析证实了两种啤酒之间的挥发性化合物谱和仪器香气特征存在差异。综上所述，这些结果表明糖化策略与小麦啤酒中碳水化合物结构、发酵行为和挥发性化合物谱的变化存在关联。这些发现为啤酒风味的工艺水平控制提供了框架。

论文解读：浸出与煮出糖化法对小麦啤酒碳水化合物结构、发酵行为及挥发性化合物谱的影响

啤酒风味取决于糖化过程中产生的可发酵碳水化合物的组成和结构特征。小麦啤酒以较大比例的小麦麦芽或未发芽小麦为原料，具有特征性浑浊、奶油状口感和果香-辛香风味，近年来随精酿市场扩张而备受关注。小麦麦芽通常含有较高浓度的蛋白质、β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖，这些成分影响麦汁黏度、酵母营养、泡沫稳定性和口感。糖化过程激活内源酶系，包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶、蛋白酶和β-葡聚糖酶，其协同作用决定麦汁中可发酵糖、糊精和游离氨基氮的结构与分布，进而影响酵母代谢、发酵动力学和风味活性化合物的形成。尽管已知糖化参数影响啤酒质量，但以往研究多集中于一般理化参数或过程效率，对于糖化策略如何通过改变碳水化合物结构进而调节酵母代谢和风味形成，其机制关系仍不清楚。浸出糖化法（infusion mashing, IMM）和煮出糖化法（decoction mashing, DMM）是两种主流糖化方法，热程和工艺逻辑差异显著。IMM操作简单、时间短、能耗低；DMM通过将部分醪液煮沸后返回主醪，增强淀粉糊化和酶解，可改善麦汁稳定性和风味复杂性，但能耗和复杂度较高。然而，这两种策略对麦汁碳水化合物结构的不同影响以及这些结构变化如何传播至酵母代谢和挥发性风味形成，缺乏系统比较。因此，研究人员开展本研究，假设IMM和DMM会产生不同碳水化合物链长分布，这些结构差异与不同发酵动力学和成品啤酒挥发性化合物谱相关。

研究人员使用相同批次的大麦麦芽和小麦麦芽按6:4混合，分别采用IMM和DMM进行糖化，每个处理进行三个独立酿造试验，使用同一小麦啤酒酵母菌株（Saccharomyces cerevisiae WB-06）并在相同发酵条件下进行。结合理化分析、有机酸和游离氨基酸谱、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）挥发性化合物表征、电子鼻和电子舌测量以及多变量统计，系统比较两种糖化策略的影响。结果表明，DMM麦汁含有数值上更高的低聚合度（DP₁-DP₃）碳水化合物比例和显著更高的总氨基酸浓度；IMM发酵更快，最终酒精含量、原麦汁浓度、真正浓度、色值和热量更高，而DMM的真正发酵度更高。挥发性化合物谱差异显著，DMM啤酒富集中链脂肪酸乙酯，IMM啤酒富集乙酸酯、高级醇和醛类。多变量分析和电子鼻电子舌均能区分两种啤酒。这些发现揭示了糖化策略与碳水化合物结构、发酵行为及挥发性化合物谱之间的关联，为啤酒风味的工艺水平控制提供了框架。论文发表在《Foods》。

关键技术方法方面，研究人员采用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEC-PAD）结合异淀粉酶脱支处理，分析碳水化合物聚合度（DP）分布；凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量；自动啤酒分析仪（DMA 5000 M）测定理化性质；高效液相色谱（HPLC）测定有机酸；氨基酸分析仪（Sykam S433D）测定游离氨基酸；HS-SPME-GC-MS鉴定和半定量挥发性化合物；电子鼻和电子舌系统评估仪器香气和滋味特征；采用主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和层次聚类热图进行多变量分析。样本来自三个独立酿造批次，麦汁和啤酒样品在糖化结束和发酵后采集。

研究结果方面：

3.1 麦汁碳水化合物的结构特征：通过HPAEC-PAD分析麦汁和啤酒样品脱支后的DP分布，发现DMM麦汁中DP₁-DP₃（低聚合度糖）比例数值上高于IMM，但整体LowDP%差异未达统计显著。发酵后，两种糖化的LowDP%均下降，HighDP%和平均DP（AvgDP）上升。双因素方差分析显示发酵阶段对碳水化合物结构参数有极显著影响（p < 0.001），糖化方法也显著影响若干参数，且两者存在交互作用，表明发酵过程中碳水化合物结构的演变路径因糖化策略而异。成品啤酒中，DMM啤酒的AvgDP、HighDP%（DP₄-DP₅）和分子量（M_w）显著高于IMM啤酒，而LowDP%显著低于IMM。

3.2 发酵性能与啤酒理化性质：发酵过程中监测可溶性固形物