啤酒口感特性與風(fēng)味化學(xué)成分的關(guān)系

胡淑敏，黃淑霞，余俊紅，劉佳*，楊朝霞，黃樹麗，張宇昕

1(啤酒生物發(fā)酵工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266100) 2(青島啤酒股份有限公司，山東 青島，266000)

作為一種低酒精度的麥芽飲料，啤酒是全球消費(fèi)人群最多，分布國家最廣，產(chǎn)銷量最大的酒種。與所有食品或飲料一樣，啤酒有其特有的“色香味”，風(fēng)味是其產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分。啤酒風(fēng)味主要包括聞到的香氣(aroma)、嘗到的口味(taste)及感覺到的口感(mouthfeel)[1]。香氣、口味是由一種或幾種風(fēng)味化學(xué)物質(zhì)刺激嗅覺傳感器或味覺傳感器產(chǎn)生?？诟惺瞧【婆c口腔、牙齒、牙齦等的接觸感覺，由觸覺傳感器產(chǎn)生，受物質(zhì)本身及物質(zhì)間交互作用的影響，是一種綜合感覺[2]。據(jù)《中國啤酒品牌口碑研究報(bào)告(2013)》報(bào)道，啤酒風(fēng)味、口感和性價(jià)比是影響消費(fèi)者選擇的主要依據(jù)，因此口感是消費(fèi)者關(guān)注的重要質(zhì)量參數(shù)之一。但由于口感是啤酒的綜合感覺，感官描述模糊、受主觀影響較大，且影響因素多且復(fù)雜，相關(guān)研究進(jìn)展緩慢。

國內(nèi)外對于口感的研究多聚集于感官評價(jià)及影響因素的初步探索上。東京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合札幌開發(fā)了一套基于脂質(zhì)覆蓋的新型口感傳感器，可用于量化評價(jià)口感飽滿性及順滑性，并利用該技術(shù)研究了口感飽滿性的影響因素[3]。日本San-Ei Gen公司聯(lián)合新潟大學(xué)開發(fā)了電子喉，用于評價(jià)起泡感、酒體感等[4]。德國THOMAS BECKER教授發(fā)現(xiàn)口感飽滿性與啤酒多糖分子質(zhì)量分布有關(guān)，當(dāng)多糖分子質(zhì)量過大時(shí)，啤酒呈現(xiàn)黏的感覺；當(dāng)多糖分子質(zhì)量較小時(shí)，則有甜膩感，因此只有合適的分子質(zhì)量分布，才能實(shí)現(xiàn)啤酒口感的飽滿[5]。

化學(xué)成分是風(fēng)味形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)決定了啤酒的質(zhì)量和風(fēng)格特色。啤酒中的風(fēng)味物質(zhì)有千種之多，主要包括醇類、酯類、有機(jī)酸類、酮類、醛類、呋喃類(麥芽香)、吡嗪類(麥芽香)、烯類(酒花香)、氨基酸類等[6]。它們之間微妙的平衡關(guān)系，共同構(gòu)成啤酒的特有風(fēng)格。本文利用GC-MS、LC、等離子體發(fā)射-質(zhì)譜儀等現(xiàn)代分析技術(shù)分析啤酒中風(fēng)味物質(zhì)的含量水平，結(jié)合量化的口感特性(飽滿性fullness及圓潤性roundness)感官品評，利用相關(guān)性、偏最小二乘回歸法、多元回歸等統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)分別建立了口感飽滿性、圓潤性與40種風(fēng)味物質(zhì)含量水平的關(guān)系，并基于貢獻(xiàn)性得分明確了啤酒口感特性的影響因素及程度，為口感飽滿性和圓潤性調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品、試劑和儀器

10°P啤酒樣品共計(jì)37個(gè)，來自于青島啤酒股份有限公司。

電感耦合等離子體發(fā)射-質(zhì)譜儀(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry, ICP-AES)，美國賽默飛科技有限公司；毛細(xì)管電泳系統(tǒng)，美國貝克曼庫爾特有限公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國珀金埃爾默公司；高效液相色譜儀，美國沃特世公司；冰點(diǎn)滲透壓儀，德國羅澤公司。

1.2 方法

1.2.1 啤酒口感特性感官品評

首先，確定口感飽滿性(fullness)和圓潤性(roundness)的感官描述，其中飽滿性為啤酒在口中飽滿度和黏稠度的感官描述；圓潤性為入口后圓滑、酒體順暢下咽的感官描述。其次，感官品評過程中需大口飲用，并忽略氣味和口味的影響。再次，用2個(gè)口感特征得分固定的樣品進(jìn)行品評培訓(xùn)，其中A樣品口感特征得分為6，B樣品口感特征得分為8，其他樣品與A、B比較并確定口感特性得分。第四，共有8位品酒師組成口感特性品評小組，其中國家級(jí)品酒員4名。結(jié)果取平均值作為最終得分。

1.2.2 啤酒中糖組分的分析方法

（5）根據(jù)政府資金狀況，以各項(xiàng)自然條件為依據(jù)，盡量壓縮工程量和造價(jià)，部分較為困難的段落，可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)遇到不良地段時(shí)，應(yīng)積極予以避讓，不得盲目進(jìn)行高填深挖。

啤酒中的糖組分(單糖、二糖、三糖及麥芽四糖以上)采用體積排阻液相色譜法進(jìn)行分析[7]。

多糖分子質(zhì)量分布[8]：采用3 kDa及30 kDa截留分子質(zhì)量的超濾膜處理啤酒，采用體積排阻液相色譜法測定截留后多糖組成。

1.2.3 啤酒中的醇酯分析方法

醇類(異戊醇、異丁醇及正丙醇)及酯類(辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸乙酯)物質(zhì)均采用氣相色譜法測定[9]。

1.2.4 啤酒中有機(jī)酸和離子的分析方法

陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析[11]。

采用考馬斯亮藍(lán)法測定啤酒中高分子蛋白質(zhì)含量[12]。

采用毛細(xì)管電泳法分析啤酒中蛋白分子質(zhì)量分布范圍。

1.2.6 啤酒滲透壓測分析方法[13]

滲透壓：啤酒除氣，然后通過冰點(diǎn)滲透壓儀測定。

凍干后滲透壓：取5 mL啤酒放入平皿中，冷凍干燥后用等體積去離子水溶解，然后用冰點(diǎn)滲透壓儀測定溶解后滲透壓值。凍干后的滲透壓代表啤酒中非揮發(fā)性物質(zhì)的濃度。

1.2.7 啤酒中總多酚分析方法

采用福林法測定[14]。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS及Minitab分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 啤酒口感感官品評特征分布

對30個(gè)同一品類啤酒樣品的口感飽滿性和圓潤性得分進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，得到口感特征的頻數(shù)分布，如圖1所示。該品類啤酒產(chǎn)品的口感飽滿性得分在6.4～7.8之間，平均得分為7.1，大多數(shù)集中在6.8～7.4之間，占樣本總數(shù)的87%?？诟袌A潤性得分分布在6.8～7.4之間，平均得分為6.9，大多數(shù)集中在6.6～7.4之間，占樣本總數(shù)的90%。從分布形態(tài)上說，口感飽滿性和圓潤性呈現(xiàn)正態(tài)分布，數(shù)據(jù)相對集中。

圖1 啤酒口感飽滿性(左)和圓潤性(右)感官品評得分的頻數(shù)分布

Fig.1 Frequency distribution characteristic of scores of mouthfeel fullness and roundness in beer

2.2 口感特性和風(fēng)味物質(zhì)含量的相關(guān)性分析結(jié)果

表1 口感特性與風(fēng)味物質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

注：皮爾遜線性相關(guān)分析：**P<0.01，*P<0.05。

圖2 口感飽滿性(fullness)和琥珀酸/蘋果酸(a)及散點(diǎn)圖

圖3 口感圓潤性和己酸乙酯(a)及凍干后滲透壓(b)散點(diǎn)圖

Fig.3 Regression analysis of ethyl hexanoate (a)、osmotic pressure of dried beer(b) and mouthfeel

2.3 偏最小二乘回歸(PLSR)模型的建立

本文將40個(gè)風(fēng)味化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)組成X-matrice，飽滿性和圓潤性口感得分為Y-matrice，PLSR回歸驗(yàn)證了X-matrice與Y-matrice二者之間的相關(guān)性。其中40種風(fēng)味化學(xué)成分與口感飽滿性、圓潤性感官品評得分之間存在較好的相關(guān)性(圖4)。其中風(fēng)味物質(zhì)與飽滿性PLSR回歸模型的R2為95%，與圓潤性回歸模型的R2為89%，表明風(fēng)味物質(zhì)和口感之間具有較好的相關(guān)性。

2.4 口感特征影響因素的研究

為進(jìn)一步闡明口感飽滿性、圓潤性的影響因素及程度，利用PLSR回歸模型的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)(standard regression coefficient, SRC)無量綱的比較各個(gè)自變量對因變量的影響，闡明影響口感飽滿性和圓潤性的風(fēng)味物質(zhì)及影響程度。其中SRC絕對值越高，代表影響程度越顯著；SRC絕對值越低，代表影響程度越低。

圖4 基于40個(gè)風(fēng)味指標(biāo)的口感飽滿性(a)和圓潤性(b)感官評分的PLSR回歸

Fig.4 Plot of PLSR regression between observed and predicted mouthfeel scores (a: fullness; b: roundness) on 40 flavor compounds

圖5 啤酒風(fēng)味物質(zhì)對口感飽滿性得分的貢獻(xiàn)性分析

Fig.5 The contribution analysis of flavor compounds on fullness of mouthfeel

表2 與口感飽滿性和圓潤性相關(guān)的風(fēng)味物質(zhì)及重要程度

Table 2 Key flavor compounds correlated with fullness and roundness

影響程度|SRC|范圍飽滿性圓潤性顯著0.5≤SRCSO2-4(-)、Cl- (-)、Mg2+(+)、乙酸(-)、琥珀酸/蘋果酸(+)、麥芽四糖及以上(+)K +(-)、Na+ (-)、Ca2+(-)、凍干后滲透壓(+)比較顯著0.4≤SRC<0.5異戊醇(-)、乳酸(+)Mg2+(-)、麥芽四糖及以上(-)、滲透壓(+)明顯0.3≤SRC<0.4K+(-)、Ca2+(+)、SO2-4/Cl-(-)、草酸(+)、總有機(jī)酸(+)、3～30 kDa多糖(+)、大于30 kDa多糖(-)麥芽三糖(-)、麥芽糖+蔗糖(-)、小于10 kDa蛋白(+)、10～50 kDa蛋白(+),大于50 kDa蛋白(+),蛋白質(zhì)(+)

如圖6及表2所示，影響圓潤性口感得分的關(guān)鍵因素為陽離子、糖及蛋白組分，尤其是小于50 kDa分子量的蛋白組分。有助于提高口感圓潤性的風(fēng)味物質(zhì)為蛋白質(zhì)、多酚、酯類(辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸乙酯)及醇類物質(zhì)(異戊醇、異丁醇及正丙醇)。降低口感圓潤性的風(fēng)味物質(zhì)為陽離子(K+、Na+、Ca2+及Mg2+)、糖組分(二糖、三糖及多糖)及有機(jī)酸。

圖6 啤酒風(fēng)味物質(zhì)對口感圓潤性得分的貢獻(xiàn)性分析

Fig.6 The contribution analysis of flavor compounds on roundness of mouthfeel

2.5 基于口感特征影響因素的口感預(yù)測模型

在確定口感飽滿性和圓潤性影響因素及程度的基礎(chǔ)上，分別將SRC絕對值大于0.6、0.5、0.4、0.3及0.2的風(fēng)味物質(zhì)組成X-matrice，口感飽滿性和圓潤性得分為Y-matrice，多元回歸法驗(yàn)證口感特征和風(fēng)味物質(zhì)含量的相關(guān)性。

表3 風(fēng)味物質(zhì)指標(biāo)與口感飽滿性得分的回歸方程

圖7 口感飽滿性得分實(shí)際值和4個(gè)回歸方程擬合值散點(diǎn)圖

Fig.7 Scatter plot of the egression equation between observed and predicted scores on fullness relevant compounds注：擬合1，擬合2，擬合3及擬合4與表3中的序號(hào)1～4一致。

以相同模式建立口感圓潤性和關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)指標(biāo)的多元回歸方程。如表4和圖8所示，當(dāng)使用SRC絕對值大于0.5的4種風(fēng)味物質(zhì)作為X-matrice預(yù)測口感圓潤性時(shí)，多元回歸模型的R2僅為15.0%。隨著引入回歸方程的風(fēng)味物質(zhì)指標(biāo)越多時(shí)，模型的R2逐步提高。當(dāng)使用SRC絕對值大于0.3的13種風(fēng)味指標(biāo)做回歸方程時(shí)，R2僅為42.1%，模型預(yù)測性較弱。進(jìn)一步添加風(fēng)味指標(biāo)，當(dāng)使用SRC絕對值大于0.2的18種風(fēng)味指標(biāo)做回歸模型時(shí)，R2提高到58.0%。與飽滿性相比，風(fēng)味指標(biāo)與口感圓潤性之間的相關(guān)性較弱，因此該模型的預(yù)測性能尚需要進(jìn)一步完善提高。

表4 風(fēng)味物質(zhì)指標(biāo)與口感圓潤性得分的回歸方程

圖8 口感圓潤性得分實(shí)際值和4個(gè)回歸方程擬合值散點(diǎn)圖

Fig.8 Scatter plot of the egression equation between observed and predicted scores on roundness relevant compounds注:回歸方程1,2,3,4與表4中的序號(hào)1～4一致。

利用7個(gè)樣品對多元回歸模型驗(yàn)證，如圖9所示，其中飽滿性實(shí)際值和預(yù)測值相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.901(P=0.006)，圓潤性實(shí)際值和預(yù)測值相關(guān)系數(shù)為0.689(P=0.087)，表明模型精確度較高，尤其是口感飽滿性預(yù)測模型。目前該模型和影響參數(shù)僅適用于該品類的口感特性分析，模型的精確度取決于建立模型的樣本數(shù)量，以及口感特性品評得分的精確度和準(zhǔn)確度。因此需進(jìn)一步加強(qiáng)口感感官品評的精確性和一致性，提高模型預(yù)測的精度，擴(kuò)大模型的使用范圍。

圖9 口感飽滿性(a)與圓潤性(b)得分實(shí)際值和預(yù)測值散點(diǎn)圖

Fig.9 Scatter plot of observed and predicted scores of model about fullness (a) and roundness (b)

3 結(jié)論

口感是啤酒質(zhì)量的一項(xiàng)重要品質(zhì)特征，包括飽滿性與圓潤性。飽滿性指風(fēng)味豐滿、無水感的特征，圓潤性指入口不散，容易下咽的感覺。口感特征涉及到啤酒與口腔、牙齒、牙齦等的接觸感覺，除了風(fēng)味物質(zhì)對嗅覺、味覺的刺激外，還有對口腔觸覺的刺激，因此是一種感官描述模糊的復(fù)雜的綜合感覺。影響口感特性的風(fēng)味化學(xué)眾多且復(fù)雜，表現(xiàn)在不僅受多種物質(zhì)交互作用的影響，還受物質(zhì)形成的物理狀態(tài)的影響。目前常規(guī)的外添加試驗(yàn)以及相關(guān)性分析無法建立口感特征的模型以及確定關(guān)鍵的影響因素，因此通過PLSR數(shù)學(xué)分析方法，可以系統(tǒng)研究樣品之間的口感差異，明確影響口感特征的關(guān)鍵因素，建立口感特性和風(fēng)味化學(xué)物質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系。

本文結(jié)合風(fēng)味化學(xué)分析技術(shù)、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，確定了口感飽滿性和圓潤性的影響因素及程度，明確了影響口感飽滿性的主要物質(zhì)為離子、多糖及有機(jī)酸，圓潤性主要受離子、蛋白質(zhì)及多糖影響。本研究可用于指導(dǎo)原料配方和工藝改進(jìn)，針對性的調(diào)整影響口感特性的風(fēng)味物質(zhì)含量及比例，改善啤酒口感質(zhì)量。