杨东升，李佳伟，刘婷婷，杨圆圆，李 鹏

（海南大学材料与化工学院生物工程系，海南海口 570228）

酯由醇和有机酸缩合而成，对于乙酸酯，乙酸（酰基COA）是酸残基，乙醇或高级醇充当醇的部分。中链脂肪酸乙酯由中链脂肪酸和乙醇或高级醇构成。如上所述，大部分的高级醇形成于发酵的初期，因为这些组分要用来合成酯，所以高级醇要先于酯被合成，酯合成被推迟了。按照乙酰辅酶A池的碳源流向理论，当酵母菌生长开始下降时，酯的形成开始显著增长[1]。高级醇是酯类的重要合成底物，挥发性酯类是乙酰辅酶A 和高级醇之间通过酶促反应形成的[2]。总醇和总酯是啤酒中最主要的风味物质。它们之间的协调性直接体现了酒体的口感与量化指标。醇与酯之间有着50%的转化关系，有着相应的线性回归关系。通过酒体中醇类的总量在一定程度上可以判断酯产生的总量[3]。

CO2是啤酒发酵过程中生成的气体物质，与酵母的代谢作用密切相关。由于啤酒发酵工艺的改进，现在大多采用锥底圆柱密封罐取代了原先使用的传统敞口式发酵罐。CO2在啤酒发酵时对啤酒发酵进程和质量的影响日益突出[1]。CO2还能影响酵母的代谢途径，改变代谢产物的种类、生成速率和产量[4]。CO2对高级醇产生有抑制作用，即使相同的麦汁和菌种，利用温度和压力的共同作用，控制酯的生成，也可以生产出风味不同的啤酒。改变发酵压力和温度，可以对酵母生长、CO2产生量、高级醇和酯的最终浓度和生产动力学产生一定的影响，促成最佳的发酵条件，使酿造的啤酒具有适宜的风味。

研究啤酒背压发酵过程中，高级醇与酯的相关性，能为产品质量调控提供科学依据，有利于啤酒风味改善，具有实际应用价值。

本实验通过控制比较啤酒背压发酵与常压发酵，研究CO2背压对啤酒中酯和高级醇生成相关性的影响。同时研究了贮藏期中啤酒的酯和高级醇含量的变化规律。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

菌种：酿酒酵母，Saccharomyces cerevisiaeNCYC 1108，海南大学生物工程综合实验室提供。

麦汁：12 °Bx，海南大学生物工程综合实验室提供。

发酵设备：100 L 啤酒自酿系统，哈尔滨汉德啤酒有限公司制造。

1.2 实验方法

背压发酵：高泡期形成后，关闭排空阀，使压强自动上升至0.05 MPa，保持，如果压力继续升高，则通过排气保持压力，发酵温度10 ℃，时间10 d，贮藏温度2 ℃，时间18 d。常压发酵：排空阀保持常开，发酵温度10 ℃，时间10 d，贮藏温度2 ℃，时间18 d。

乙醇检测：采用蒸馏密度瓶法[5]。

高级醇和酯的检测：采用顶空气相色谱HP6890N（FID 检测器）测定正丙醇、异丁醇、异戊醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯含量。采用毛细管HP-NIONAX 柱（30 m×0.32 mm×0.25 μ m 膜厚）和顶空采样器HP7694E。实验条件如下：注入温度为225 ℃；柱温程序，在40 ℃下保持3 min，然后以5 ℃/min升温到90 ℃；检测器温度，300 ℃；载气，氮气；载气流量，30 mL/min；氢气流量，40 mL/min；空气流量，400 mL/min；分流比，6∶1；样品瓶平衡温度，50 ℃；平衡时间，30 min；循环温度，60 ℃；传输线温度，65 ℃。工作站软件PG2070AA[6-7]。

感官评价方法：参照啤酒分析方法（GB/T 4928—2008），按照啤酒DGL-质量检测标准进行啤酒的感官评价[8]。

1.3 统计方法

数据取3 次平行实验结果的平均值。相关性分析采用SAS9.0 统计软件。其中P＜0.01，r 值较大，两因素极显著相关；P＜0.05，r 值较大，两因素显著相关；P＜0.10，r值较大，两因素相关[9]。

2 结果与分析

2.1 CO2背压及常压啤酒发酵中总酯、高级醇含量变化

主发酵开始时即进行加压发酵，对啤酒酵母的繁殖和发酵强度进行适当抑制，能够实现抑制某些发酵副产物的形成，达到保持啤酒风味和质量的目的。本实验实施CO2背压及常压啤酒发酵，总酯、高级醇含量变化如图1。

图1 CO2背压及常压啤酒发酵中总酯、高级醇含量变化

如图1 所示，常压发酵条件下，高级醇和总酯含量在80～100 h 达到高峰，而在背压条件下，要在180～200 h 才能达到高峰。在240 h 后，高级醇含量减少量达20 %，总酯含量减少量达29 %。背压发酵可较好地解决温度、酵母增殖及高级醇等副产物之间的关系，形成合适的醇酯比[10]。背压发酵能显著降低高级醇的生成[4，11]和总酯的生成[4]。

图2 CO2背压啤酒发酵中总酯、高级醇含量减少率

图2 显示，CO2背压引起总酯、高级醇含量减少率的变化情况。在20～40 h 时，总酯比高级醇减少明显，40～240 h 时，总酯与高级醇减少率基本同步。文献指出，高级醇的含量是酯类合成的主要限制因子[12]，因此高级醇减少势必引起总酯的减少。

2.2 CO2背压及常压啤酒发酵中高级醇含量与总酯含量的相关性

背压发酵使发酵液中饱和二氧化碳的浓度增加，酵母α-氨基氮的同化作用受到抑制，阻碍了酵母的代谢和生长，阻碍高级醇的生长，同时抑制了总酯的生成。图3 显示了常压啤酒发酵过程中，总高级醇含量与总酯含量的相关性。图4 显示了CO2背压啤酒发酵过程中，高级醇含量与总酯含量的相关性。

图3 显示，常压条件下啤酒发酵中总高级醇含量与总酯含量呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数r=0.97199。背压条件下，啤酒发酵中总高级醇含量与总酯含量同样呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数r=0.98994。增大发酵压力，一方面可抑制麦汁中氨基酸经转氨脱羧还原成高级醇，另一方面可抑制酵母对麦汁中糖的发酵，减少生成高级醇的中间产物——丙酮酸的分解量，从而抑制高级醇类的生成。由于CO2浓度的提高，还可抑制酵母代谢形成过量的酯[13]。图5 显示了由于CO2背压的影响，总高级醇含量减少率与总酯含量减少率的相关性。

图3 常压啤酒发酵总高级醇含量与总酯含量的相关性

图4 CO2背压啤酒发酵高级醇含量与总酯含量的相关性

图5 总高级醇含量减少率与总酯含量减少率的相关性

CO2背压同时使总高级醇和总酯含量减少，它对二者减少的影响程度如图5 所示。总高级醇含量减少率与总酯含量减少率呈显著正相关（P＜0.01），r=0.8356。啤酒主发酵期间，CO2背压使总高级醇和总酯同时减少，幅度相当（图1）。

2.3 啤酒贮藏期间CO2背压对总酯含量和总高级醇含量的影响

啤酒贮藏期间，酵母失去活力，保持CO2背压和常压对啤酒进行分别贮藏，总酯和总高级醇含量分别发生变化如图6所示。

图6 啤酒贮藏期间总酯含量和总高级醇含量的变化

无论常压还是背压贮藏，总高级醇含量呈缓慢下降趋势，总酯含量呈缓慢上升趋势。常压下贮藏高级醇含量减少可以解释为挥发，而背压下贮藏高级醇含量的减少只能解释为转化。高级醇可以通过酯化反应转化为酯类[14]。

啤酒贮藏期间CO2背压对总酯含量和总高级醇含量减少率的影响如图7 所示，在10 ℃温度下，贮藏14～18 d，0.05 MPa CO2背压使总酯减少率从18 %下降至13 %，总高级醇减少率从9 %下降至8 %。总量变化如图6 所示，常压贮藏使总酯含量增加0.82 %，总高级醇含量减少6.29 %；0.05 MPa背压贮藏使总酯增加6.98 %，总高级醇减少4.83%。分析表明，虽然啤酒酵母在贮酒期间已失去活力，但总酯在这期间的增加可能仍然是以高级醇为底物合成的结果，CO2背压可能强化酯化反应。

图7 啤酒贮藏期间CO2背压对总酯含量和总高级醇含量减少率的影响

2.4 CO2背压对啤酒感官质量的影响

啤酒经18 d 贮藏，进行感官评价，综合气味、口感、丰满性、苦味、杀口力等指标得分，结果如表1。CO2背压发酵有效控制了主发酵期高级醇的生成，并通过后熟和贮藏增加了酯的合成，形成了较合理的醇酯比，使啤酒气味和口感优于常压发酵。背压发酵对啤酒的丰满性和苦味并无影响，由于增加了CO2的溶解，使杀口力明显增强。从综合得分看，CO2背压对啤酒感官质量的影响是非常大的。通过控制啤酒酿造过程中的一系列条件，高级醇与酯的含量可以大致地控制在人们所希望的浓度范围内，从而形成较佳的感官质量。

表1 啤酒感官评价表 得分（分）

3 结论

3.1 常压与CO2背压条件下啤酒发酵中总高级醇含量与总酯含量呈极显著正相关（P＜0.01）。

3.2 CO2背压条件相比于常压啤酒发酵同时令总高级醇和总酯减少，总高级醇含量减少率与总酯含量减少率呈显著正相关（P＜0.01）。

3.3 CO2背压啤酒贮藏期间可能强化酯化反应，使总高级醇含量减少，总酯含量增加，提高啤酒的感官质量。