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啤酒中酒花香气成分检测及应用的研究

啤酒花（Humulus lupulus）别名蛇麻草、陀得草、唐草花等，为荨麻目大麻科葎草属植物 。啤酒花是啤酒酿造的主要原料之一，在赋予啤酒独特的香味和苦味特征的同时，还可以提供抑菌防腐作用，从而稳定和协调啤酒的风味和质量 。啤酒花中含有树脂类、挥发油、黄酮类、多酚类、鞣质等化合物，除酒花树脂（甲酸、乙酸）带来苦味外，挥发性成分（酒花香气物质）也是评价酒花品质特性的重要指标 。
酒花的成分复杂，其在啤酒酿造过程中的变化更为复杂 。酒花可以在酿造过程中的麦汁煮沸、回旋沉淀、发酵、贮酒等任何阶段添加 。酒花油中的主要成分是疏水性较强的萜烯类物质（如香叶烯、葎草烯等），在高温煮沸麦汁过程中易挥发，基本上无法保留在冷却后的麦汁及酒体中，对啤酒风味的贡献可忽略；亲水性较强的萜醇类（如里那醇、香叶醇、β-香茅醇等）则更易于保留，对啤酒风味的贡献明显 。其中，在麦汁煮沸之后的发酵、贮酒等过程中添加酒花的方法，被称为“干投酒花” 。干投酒花的酒花油没有经过煮沸直接溶于啤酒中，对啤酒的酒花香气影响显着 。干投酒花对啤酒可感知的香气贡献是众所周知的，对啤酒的苦味特征、醇厚性等方面也有一定影响 。本文研究啤酒中酒花香气成分含量的目的在于根据啤酒的风味特点，为合理选择酒花品种及品种组合，把握添加方式、数量和时间，提高酒花的利用率提供参考依据 。
【啤酒中酒花香气成分检测及应用的研究】 由于酒花的香气成分极其复杂，而且酒花香气成分的含量在ug/L量级且有部分香气物质是同分异构体，定性与定量的测定十分困难 。本研究采用顶空固相微萃取方法结合气相色谱-质谱（GC-MS）的技术，分析不同品种酒花的酒花香气成分，从啤酒中鉴定了里那醇、α-萜品醇、β-香茅醇、香叶醇、橙花叔醇、乙酸香茅酯、香叶酸甲酯、乙酸香叶酯共9种酒花香气成分，以萜烯-4-醇为内标，实现了定量测定分析对比，获得酒花主要挥发性成分的组成和含量信息 。此方法相对简单，结果重现性好，可为啤酒酒花香气成分提供数据化的精准评定 。本文通过对三种酒花的香气成分进行定性、定量分析对比，同时结合实物品评、蜘蛛图评价，为掌握各种酒花的香气成分和香气类型以及为酿造酒花香气明显的特色啤酒提供了理论基础和数据支持 。
利用酒花香气的检测技术，同时也进行了酒花干投后发酵罐内酒液香气成分分布及离心过滤过程酒花香气成分变化的研究 。
1 啤酒中酒花香气成分检测方法的建立
1.1 材料与试剂
啤酒；酒花；乙醇（色谱纯）；NaCl 。
内标：萜烯-4-醇 。
香气成分化合物标准品：里那醇；香茅醇；香叶醇；萜品醇；乙酸香茅酯；橙花叔醇；乙酸香叶酯；香叶酸甲酯 。试剂等级均为分析纯（除特别说明的） 。
1.2 仪器与设备
电子天平、气-质联用仪（GC-MS）、固相萃取装置（手动SPME手柄及85um萃取头进样器）、磁力搅拌器、恒温水浴锅、万分之一天平 。
1.3 分析条件
1.3.1 气相色谱法条件
色谱柱：HP-5MS毛细管柱（Hewlett Packard，60m*0.25mm*0.25um） 。
载气：氦气（He）（纯度≥99.9） 。
柱温：进样口温度240 ℃；程序升温：起始温度40 ℃，8 ℃/min 升到120 ℃，6 ℃/min升到210 ℃，分流比10:1 。
进样方式：采用顶空固相微萃取（SPME）方式进样，萃取头类型为85 umPA，解析时间5 min 。
1.3.2 质谱条件
离子源温度：230 ℃；电子轰击源70 eV，扫描质量范围：29-300 amu 。定性采用全扫描模式（SCAN），定量采用选择离子扫描模式（SIM） 。
1.3.3 前处理方法
在20 mL的顶空瓶中，准确称取3g NaCl，加入转子和除气的啤酒5 mL，加内标萜烯-4-醇，加盖密封垫压紧 。将固相微萃取针管穿透顶空瓶隔垫，插入顶空瓶，推手柄使萃取头（已老化无杂质峰的萃取头）伸出针管，手柄和伸出的萃取头的长度跟10 ?L的进样针长度相同，萃取头置于距离样品表面约20 mm的上部空间，进行吸附，磁力搅拌器配恒温水浴，电磁搅拌15 min，在45 ℃水浴45 min，退出萃取头，拔出SPME手柄，然后直接进样GC-MS分析，解析时间为5 min 。
1.3.4 啤酒中酒花香气成分风味物质的定性定量检测研究
用SPME萃取并经解析进样GC-MS分析，由于啤酒的酒花香气成分物质含量很低（ug/L级别），进行分析前必须老化色谱柱和萃取头，尽可能减少背景的干扰且提高检测灵敏度 。通过谱库比对检索，保留值数的计算对酒花中的挥发性风味物质成分进行定性，采用峰面积归一化进行定量分析 。在质谱解析中，一些化合物在质谱图中的碎片峰非常相似，为了提高检索结果的可靠性，在借助质谱数据库来定性的同时，还应该考虑色谱保留行为 。
1.3.4.1 啤酒中酒花香气成分的定性分析
采用全扫描SCAN模式可以获得总离子流图，所得总离子流图谱如图1所示，图1是从混标样品的图谱中截取的包含9种（其中香叶酸甲酯1和2是同分异构体）酒花香气风味物质组分总离子流图，这些组分的鉴定首先依靠的是NIST谱库的检索，根据匹配度、特征离子和保留时间确认 。采用SCAN模式可以获得酒花香气风味物质组分的总离子流图，便于与NIST谱库比对鉴定化合物，但其灵敏度不一定足以直接鉴别含量仅为ug/L的痕量组分，定量测定就更困难 。采用选择离子（SIM）监测模式不仅大大提高了质谱分析的检测灵敏度，而且在合理选择特征离子后可以z大程度的减少相邻组分峰的干扰影响 。本检测方法将整个分析过程按照出峰顺序分为3个窗口组，每组只针对目标化组分扫描2~4个特征离子，这样既保证了目标组分出现时有足够高的灵敏度，又使选择离子流图的基线层基本平稳 。
1.3.4.2 啤酒中酒花香气成分的定量测定方法
对于啤酒这种复杂机制样品的痕量组分分析，采用内标法定量是解决这一问题的途径 。理想的内标应该是啤酒中不存在且其性质应当尽可能与待测的萜类组分相近，经过反复试验，选定了和α-萜品醇相近的萜烯-4-醇作为内标物，问题是啤酒自身含有痕量的萜烯-4-醇，当把内标的添加量增加到20 μg/L时，这一影响已可忽略不计 。基质对检测结果有很大的影响，通常以乙醇水溶液为基质配置标准系列梯度的方法显然不适用于这里来做定量检测 。本方法采用的是用啤酒样品作为基质，将啤酒除气后加入5个梯度的混标，并用除气啤酒定容至100mL备用 。按前所述方法用SPME萃取并经解析进样GC-MS进行分析，SIM部分采集参数和检测参数如表2所示 。
检测分析数据表明，9种（其中香叶酸甲酯1和2是同分异构体）酒花成分的风味物质工作曲线的相关系数均大于0.99，标准偏差在4.5%-13.77%之间，回收率范围为80%-110%，方法稳定，可用于啤酒中酒花香气成分风味物质的定量分析 。
2 不同品种酒花香气成分的研究
2.1 实验方法
按千分之三的添加量把三个不同品种的酒花分别加入瓶装啤酒中，加盖密封，在4℃下浸泡5天 。浸泡5天后按前所述方法处理样品，用SPME萃取并经解析进样GC-MS分析，对不同酒花的酒花香气物质成分进行定性定量检测，并进行感官品评，了解酒花品种、香型和风味物质之间的对应关系及感官品评与酒花香气风味物质的相关性 。
2.2 感官品评风味特征分析
酒花试验样品的品评标准参照5分制品评方法制定，1分内判定为不明显，1-3分为可辨别，3.1-5分为明显强烈 。品评人员由10位品酒师组成，以品评人员的平均成绩作为样品感官评价结果并绘制品评蜘蛛图 。
2.3 结果与讨论
2.3.1 三种酒花冷浸酒液的香气成分定性定量检测数据
采用峰面积归一法对三种酒花冷浸后酒液的9种（其中香叶酸甲酯1和2是同分异构体）已知酒花香气成分进行定性

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