特種麥芽品質(zhì)形成機(jī)理分析及分類(lèi)系統(tǒng)構(gòu)建

陳文波，佟恩杰，蘇紅旭，張春強(qiáng)，楊海鶯，李小燕，李 慧，于忠釗*

（ 1.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司 老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室 營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209；2.南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023；3.中糧麥芽（ 大連）有限公司，遼寧 大連 116200）

啤酒是一種以麥芽、酒花和水為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵制成的低酒精度、營(yíng)養(yǎng)級(jí)的發(fā)酵飲料[1-2]。經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展，啤酒已成為人類(lèi)飲食和文化的重要組成部分[3-4]。二戰(zhàn)之后，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，啤酒多樣化步入了快速增長(zhǎng)期[2]。有資料顯示，當(dāng)今全球至少有15 000家商業(yè)啤酒釀造廠在運(yùn)營(yíng)，超過(guò)150 000種啤酒在市面銷(xiāo)售。其中，原料種類(lèi)及配方是成就啤酒品類(lèi)如此多樣化的最主要因素[5]。

麥芽是啤酒原料中最重要的組成部分之一，被譽(yù)為是啤酒的“靈魂”，定義了每一種啤酒的關(guān)鍵屬性（色澤、風(fēng)味、酒體及發(fā)酵后形成的酒精濃度等）[6-7]。麥芽中富含淀粉、蛋白、礦物質(zhì)及多種維生素可為啤酒釀造過(guò)程中酵母的生長(zhǎng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8-9]。

根據(jù)麥芽在啤酒釀造中發(fā)揮的作用，可將其粗略地劃分為基礎(chǔ)麥芽和特種麥芽[10-12]。基礎(chǔ)麥芽為啤酒生產(chǎn)提供所必需的可發(fā)酵性糖、游離氨基酸和最基本的麥芽風(fēng)味[13]；特種麥芽是指在啤酒釀造過(guò)程中為了突出啤酒色度、風(fēng)味、酒體厚度、泡沫持久性等特點(diǎn)而使用的谷物制品，如燕麥片、小麥麥芽、燕麥麥芽、蕎麥麥芽、大麥片等[10，12，14-20]。除了基于小麥、燕麥、蕎麥等雜糧制成的特種麥芽外，特種麥芽家族還包括大量以大麥為原料，通過(guò)控制發(fā)芽程度、改變干燥條件、創(chuàng)新生產(chǎn)設(shè)備等制備的色澤豐富、風(fēng)味多樣、功能特殊的特種麥芽產(chǎn)品[1，15，17]。由于原料選擇、發(fā)芽程度、干燥溫度、干燥時(shí)間及干燥時(shí)的水分含量等任何一個(gè)工藝參數(shù)都是決定麥芽品質(zhì)的重要因素，因此，理論上講，特種麥芽品類(lèi)可能極其豐富[1]。Brewer's friend網(wǎng)站[21]統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，基于大麥原料的特種麥芽（以下簡(jiǎn)稱(chēng)特種麥芽）占比超過(guò)了當(dāng)前所有特種麥芽種類(lèi)的90%，是豐富啤酒品類(lèi)的主要因素[1，22-24]。

特種麥芽品種雖然很豐富，卻缺少統(tǒng)一的命名規(guī)則[25]。這導(dǎo)致來(lái)自不同生產(chǎn)廠家、性質(zhì)相近的特種麥芽可能會(huì)用字面意思差別較大名字命名，如糊精麥芽（dextrin malts）也被稱(chēng)為焦香皮爾森麥芽（carapils malts），焦糖麥芽（caramel malts）也被稱(chēng)為結(jié)晶麥芽（crystal malts）[17-18]。另外，現(xiàn)有的特種麥芽名稱(chēng)多以麥芽色度深淺確定，如結(jié)晶麥芽I、結(jié)晶麥芽II、結(jié)晶麥芽III、結(jié)晶麥芽IV等，不能很好地反映特種麥芽的品質(zhì)特點(diǎn)，給廣大用戶(hù)選擇麥芽時(shí)帶來(lái)了諸多困惑，不利于特種麥芽行業(yè)的健康發(fā)展[11]。因此，本文對(duì)特種麥芽品質(zhì)進(jìn)行分析，明確其品質(zhì)形成機(jī)理，建立可反映特種麥芽品質(zhì)的分類(lèi)系統(tǒng)，對(duì)助力我國(guó)特種麥芽和精釀啤酒行業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。

1 特種麥芽的定義及其在啤酒釀造中的作用

1.1 特種麥芽定義

特種麥芽是與基礎(chǔ)麥芽相對(duì)的概念，當(dāng)前并沒(méi)有明確的定義[10]。特種麥芽與基礎(chǔ)麥芽對(duì)啤酒釀造的作用明顯不同，制麥過(guò)程也差別較大，如焦香類(lèi)麥芽在制備過(guò)程中額外增加“燉煮”環(huán)節(jié)、慕尼黑麥芽會(huì)提高發(fā)芽溫度、類(lèi)黑素麥芽則延長(zhǎng)發(fā)芽時(shí)間[1，14，26]。因此，通過(guò)研究特種麥芽的制備工藝特點(diǎn)和品質(zhì)形成機(jī)理并結(jié)合它們賦予啤酒的品質(zhì)[6，10，16-18，23，27-31]，可將特種麥芽定義為一類(lèi)采用特殊制麥工藝、特殊設(shè)備、特殊原料等制成的具有較高色度、特殊風(fēng)味或特殊用途等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足啤酒在色、香、味、口感、泡沫性等方面特殊要求的谷物或發(fā)芽谷物[1，11，17，25，29，32-37]。

1.2 特種麥芽在啤酒釀造中的作用

1.2.1 提升啤酒色度

色度是啤酒的一項(xiàng)重要理化指標(biāo)。根據(jù)色度不同，啤酒可分為淡色啤酒（2～14 EBC）、深色啤酒（15～40 EBC）和黑啤酒（≥41 EBC）三個(gè)類(lèi)別[38-39]。啤酒色度主要受原輔料、工藝等因素的影響[40]。在生產(chǎn)深色啤酒和黑啤酒時(shí)，常使用慕尼黑麥芽、維也納麥芽、巧克力麥芽、咖啡麥芽、黑麥芽、烘烤大麥等提升啤酒的色度[17，41-42]。如在釀造世濤啤酒時(shí)，通常使用3%～5%的黑麥芽或巧克力麥芽用來(lái)提升啤酒的色度[6，17]。在愛(ài)爾蘭世濤（74.7 EBC）中，會(huì)使用近10%的烘烤大麥來(lái)提升啤酒的色度。

1.2.2 增加啤酒風(fēng)味

啤酒風(fēng)味是影響消費(fèi)者接受度的重要屬性[43-44]。除了酒花，釀造中使用的各種谷物原料是啤酒特定風(fēng)味的主要來(lái)源[27，43，45-46]，不同特種麥芽的風(fēng)味特點(diǎn)如表1所示。值得注意的是，特種麥芽的風(fēng)味物質(zhì)一般不會(huì)直接進(jìn)入到啤酒中，但特種麥芽風(fēng)味的前提物質(zhì)可進(jìn)入麥汁并在釀造過(guò)程中轉(zhuǎn)化為特定的啤酒風(fēng)味[27，46]。如焦香麥芽中通常含有的2,3-戊二酮（黃油味）、2-環(huán)戊烯-1,4-二酮、異麥芽酚（焦糊味）、2-呋喃甲醇（烤面包味）、5-甲基-2-呋喃-甲醇（麥芽味）、2-羥基-2-環(huán)戊烯-1-酮（焦糖味），以及2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（餅干味）并不是以焦香麥芽為主要原料釀造的啤酒的特征風(fēng)味物質(zhì)，而是替代2-乙?；量┻ê婵疚叮?,3-二甲基-5-乙基吡嗪（燒焦味）、甲基麥芽酚（焦糖味）、3-甲硫基丙醇（黃油味）等[14，27]，因此，啤酒整體的風(fēng)味特點(diǎn)與所用特種麥芽的風(fēng)味特點(diǎn)保質(zhì)一致。由表1可知，在啤酒釀造中可使用不同的特種麥芽以獲得特定風(fēng)味的目的，如使用結(jié)晶麥芽獲得焦香味、太妃糖味、麥芽香味等[13，43，45，47]；使用黑麥芽獲得焦苦味、焙烤味和酸澀味等[15]。

表1 特種麥芽的 典 型風(fēng)味[13，31，43，47，48]Table 1 Typical flavor derived from specialty malts

1.2.3 改善啤酒口感

啤酒口感是指啤酒與口腔、牙齒、牙齦等接觸的感覺(jué)[49]。啤酒的口感與啤酒中CO2濃度、蛋白質(zhì)、酚類(lèi)、糊精、β-葡聚糖含量及黏度、泡沫持久性等密切相關(guān)[50-52]。為改善啤酒的口感，可考慮使用不同的特種麥芽，如使用結(jié)晶麥芽、糊精麥芽來(lái)提高啤酒中糊精的含量，使酒體更加豐富[53]；使用萌麥芽來(lái)提升啤酒中泡沫蛋白的含量，使啤酒的泡沫更加豐富和持久[17-18]；燕麥麥芽提高麥汁中β-葡聚糖含量，使啤酒具有天鵝絨般的絲滑感覺(jué)[17]。

1.2.4 優(yōu)化糖化條件

在麥汁制備過(guò)程中，適宜酸堿度不僅有助于β-葡聚糖酶、淀粉酶、蛋白酶等水解酶活力的發(fā)揮，提高原料的利用率，而且也會(huì)明顯影響釀造過(guò)程中酵母的性能及終端啤酒的風(fēng)味[54]。因此，需要根據(jù)本地水的酸堿度和終端產(chǎn)品的風(fēng)格特點(diǎn)調(diào)節(jié)糖化條件。在嚴(yán)格執(zhí)行《啤酒純凈法》的國(guó)家和地區(qū)，調(diào)節(jié)糖化液酸堿度的方法是使用酸麥芽[18，37，55]。一般情況下，在啤酒釀造原料配方中加入3%～10%的酸麥芽就能產(chǎn)生非常理想的調(diào)節(jié)糖化醪液酸堿度的效果[18，23，37]。

2 特種麥芽品質(zhì)形成機(jī)理

特種麥芽雖然品類(lèi)繁多，但其制備方式只是對(duì)傳統(tǒng)制麥工藝的調(diào)整或延伸，如提高焙焦溫度、延長(zhǎng)焙焦時(shí)間、加入“燉煮”環(huán)節(jié)等[1]。通過(guò)研究特種麥芽的制備工藝特點(diǎn)，可將特種麥芽在應(yīng)用端的品質(zhì)“特色”歸納為色度、風(fēng)味及功能等方面。由于特種麥芽的品質(zhì)形成極其復(fù)雜，涉及原料組成、水分含量、溫度高低、時(shí)間長(zhǎng)短等多方面因素，目前還很難將特種麥芽的每個(gè)品質(zhì)形成機(jī)理解釋清楚[11，24，29，56]。根據(jù)VANDECAN S M G等[29，33]的研究結(jié)果可知，特種麥芽品質(zhì)形成主要涉及美拉德反應(yīng)（Mailllard reaction）、焦糖化反應(yīng)（caramelization reaction）和裂解反應(yīng)（pyrolysis reaction）三個(gè)主要的生物化學(xué)反應(yīng)。

2.1 美拉德反應(yīng)

美拉德反應(yīng)是廣泛存在于食品工業(yè)中的非酶促褐變反應(yīng)，其本質(zhì)是食物或原料中的還原糖（碳水化合物）與氨基酸/蛋白質(zhì)在常溫或加熱時(shí)發(fā)生的一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，主要生成棕黑色的大分子物質(zhì)——類(lèi)黑素（melanoidins）[57-59]。此外，美拉德反應(yīng)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生成百上千種具有不同氣味的中間體分子，包括還原酮、醛和雜環(huán)化合物（圖1），為食品提供了宜人可口的風(fēng)味和誘人的色澤[59]。美拉德反應(yīng)過(guò)程主要包含顏色的變黃、變深、變黑，香氣的產(chǎn)生以及味道上的轉(zhuǎn)變，在幾乎所有的麥芽生產(chǎn)中均涉及到美拉德反應(yīng)[58-60]。

圖1 美拉德反應(yīng)示意圖[59，63-64]Fig.1 Schematic diagram of Maillard reaction

在實(shí)際生產(chǎn)中，美拉德反應(yīng)通常在140～170 ℃時(shí)發(fā)生，生成數(shù)百種不同類(lèi)型的風(fēng)味化合物[1]。進(jìn)一步加熱，這些化合物又會(huì)分解成為更多新的風(fēng)味化合物。現(xiàn)代食品化學(xué)的研究結(jié)果表明[61-62]，每種類(lèi)型的食物都具有在美拉德反應(yīng)期間形成的非常獨(dú)特的風(fēng)味化合物。因此，風(fēng)味科學(xué)家也一直在借助美拉德反應(yīng)來(lái)制備人造風(fēng)味，如制麥專(zhuān)家通過(guò)使用不同的焙焦溫度、水分含量和時(shí)間等因素賦予特種麥芽面包味、堅(jiān)果味、焦糖味等風(fēng)味[1]。

2.2 焦糖化反應(yīng)

焦糖化反應(yīng)是糖類(lèi)，尤其是單糖，在高溫情況下發(fā)生的脫水或降解并褐變的過(guò)程[64-65]。以蔗糖為底物時(shí)，焦糖化反應(yīng)的示意圖如圖2所示。焦糖化反應(yīng)發(fā)生的溫度高于120 ℃，酸性（pH＜3）或堿性（pH＞9）環(huán)境會(huì)加速它的發(fā)生[64，66]。如在酸性環(huán)境中，戊糖脫水形成糠醛，己糖則形成5-羥甲基糠醛。麥芽酚、異麥芽酚及乙?；秽矔?huì)產(chǎn)生[17，64，66]。在堿性環(huán)境中，糖分子會(huì)發(fā)生烯醇化甚至碎片化，進(jìn)而形成其他風(fēng)味物質(zhì)[17]。雖然焦糖化反應(yīng)在酸、堿條件下均可進(jìn)行，但速度不同，如pH 8時(shí)反應(yīng)速率為pH 5.9時(shí)的10倍左右。焦糖化反應(yīng)的產(chǎn)生除了上述風(fēng)味物質(zhì)外，還包括大量深色的大分子化合物，如焦糖酐（caramelan）、焦糖烯（caramelin）和焦糖素（caramelen）等[65，67-68]。焦糖化反應(yīng)的產(chǎn)物因底物和加熱溫度不同而有較大差別，因此，焦糖化反應(yīng)貢獻(xiàn)主要品質(zhì)的結(jié)晶麥芽和焦香麥芽會(huì)表現(xiàn)不同的色度和風(fēng)味。

圖2 焦糖化反應(yīng)示意圖[65，69]Fig.2 Schematic diagram of caramelization reaction

2.3 裂解反應(yīng)

裂解反應(yīng)是糖分子在極高溫度（高于200 ℃）下發(fā)生的焦化或碳化[9，66，70]。當(dāng)加熱的溫度足夠高時(shí)，糖分子的碳碳鍵會(huì)發(fā)生斷裂，產(chǎn)生具有強(qiáng)烈刺激性的燃燒味。由于裂解反應(yīng)主要發(fā)生在溫度極高的情況下，因此只有那些需要烘烤的特種麥芽，如黑麥芽、烘烤大麥等才有裂解反應(yīng)發(fā)生。

3 基于品質(zhì)形成機(jī)理的特種麥芽分類(lèi)

在啤酒原料的谷物單中添加特種麥芽的目的通常是多方面的，如提升啤酒色度、豐富啤酒風(fēng)味及增加酒體厚度等[58]。因此，釀酒師選擇特種麥芽時(shí)通常會(huì)從色度、風(fēng)味及功能等方面考慮[71-72]。為方便釀酒師的選擇，麥芽生產(chǎn)廠家通常會(huì)按一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自家麥芽進(jìn)行分類(lèi)，如色度高低、原料種類(lèi)、加工方式[1，7，16，71-72]。但是不同類(lèi)型的麥芽可能具有相同的色度，如結(jié)晶麥芽與非結(jié)晶麥芽；相同色度的麥芽可能是使用不原料與工藝生產(chǎn)的，如小麥萌麥芽與艾爾麥芽。建立一種相對(duì)科學(xué)的特種麥芽分類(lèi)方法很有必要。

特種麥芽雖然種類(lèi)繁多，但色度、風(fēng)味及功能等品質(zhì)的形成與淀粉水解反應(yīng)、美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)和裂解反應(yīng)等主要生物化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)?；谔胤N麥芽品質(zhì)形成所涉及的主要化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合產(chǎn)品的色度指標(biāo)、啤酒釀造中的作用，可方便地將特種麥芽劃分為5個(gè)類(lèi)別，即干燥類(lèi)、焦香類(lèi)、焙焦類(lèi)、烘烤類(lèi)和其他類(lèi)。各類(lèi)別特種麥芽的特點(diǎn)及細(xì)分情況簡(jiǎn)介見(jiàn)表2。

表2 特種麥 芽 的 分類(lèi)及相關(guān) 依 據(jù)[15，17，37，47，73-77]Table 2 Classification of specialty malts and related framework

4 特種麥芽發(fā)展前景

消費(fèi)者的需求是一個(gè)行業(yè)創(chuàng)新的原在動(dòng)力[78]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、居民消費(fèi)水平的提升和Z世代成為消費(fèi)主體，高端化、多樣化、差異化啤酒的需求量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。為順應(yīng)和助力啤酒行業(yè)的這種發(fā)展趨勢(shì)，特種麥芽等高端麥芽生產(chǎn)者必須加強(qiáng)麥芽（包括特種麥芽）品質(zhì)形成機(jī)理研究，推進(jìn)制麥的理論創(chuàng)新和麥芽產(chǎn)品的品類(lèi)創(chuàng)新，為中國(guó)啤酒行業(yè)的發(fā)展提供更高品質(zhì)和高多種類(lèi)的麥芽產(chǎn)品。

2012年被定義為中國(guó)精釀啤酒的元年。在這之前中國(guó)沒(méi)有真正意義上的精釀啤酒，更沒(méi)有自己的特種麥芽和高端麥芽。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，中國(guó)麥芽生產(chǎn)企業(yè)和科研工作經(jīng)驗(yàn)豐富不懈努力已經(jīng)加深了對(duì)高端麥芽和特種麥芽的認(rèn)識(shí)與理解，也研發(fā)并推出中國(guó)自己的特種麥芽產(chǎn)品[79-80]。然而，國(guó)外特麥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)特種麥芽生產(chǎn)的關(guān)鍵核心技術(shù)高度保密，使得我國(guó)優(yōu)質(zhì)特種麥芽生產(chǎn)的研究上受到阻礙。另外，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)在特種麥芽專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造上還存在一定的不足，這使得我國(guó)特種麥芽水平與國(guó)外同行間的距離在短時(shí)間內(nèi)很難消除。但隨著新冠疫情的穩(wěn)定和世界經(jīng)濟(jì)回暖，在廣大科研人員和制麥工作者的共同努力之下，我國(guó)特種麥芽必將在中國(guó)制麥企業(yè)和廣大科研工作者的共同努力下迎來(lái)新的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品特種麥芽品類(lèi)、質(zhì)量雙提升。