啤酒苦味與啤酒花苦味物質

劉澤暢，劉玉梅*

（新疆大學 化學化工學院，新疆 烏魯木齊 830046）

在含酒精飲品中，啤酒占全球市場份額的78%左右[1]，這與其令人愉悅的感官品質及其在營養和健康上的優良特性密不可分[2]。盡管苦味是人們較為排斥的食品風味特征，但對啤酒而言，苦味卻是消費者評價啤酒品質的重要指標[3]。啤酒花在啤酒中的添加比例非常少，卻賦予其苦味特征，同時還能提高啤酒的抑菌防腐和泡沫穩定性[4]。

目前已發現超過800種影響啤酒感官品質的物質，但僅少數酯類、有機酸、高級醇、醛酮類化合物是構成啤酒整體感官特性的關鍵風味因子[5]。其中，來源于啤酒花中的苦味成分則是影響啤酒苦味口感的關鍵因素。研究表明，隨著啤酒老化，苦味品質向著衰減、持續、綿長、澀感的方向發展，啤酒的適口感下降，這也是啤酒品質控制面臨的突出問題[6]。盡管國內也有關于異α-酸在啤酒釀造、儲存等過程含量變化的報道[7]，但與目前領域的研究前沿還有一定差距。因此，本文擬對啤酒花中影響啤酒苦味品質的主要成分α-酸、β-酸、黃腐酚及其衍生物的苦味特征、苦味物質結構差異與苦味強度之間的關聯進行綜述，以期對啤酒領域的研究和生產提供理論參考。

1 啤酒苦味的分析

苦味是啤酒釀造過程中關注的重要因素，與啤酒花中的苦味酸及其衍生物等多種物質有關，對這類物質的檢測方法也有很多（見表1）。檢測分析、感官評價手段的發展，特別是新型儀器檢測方法的開發，為啤酒中苦味關鍵因子的分析鑒定、苦味品質的調控提供了更多途徑，也推進了啤酒產銷全過程中來源于啤酒花的苦味物質及代謝衍生物的分析、鑒定等研究的快速發展。

表1 啤酒中苦味物質的分析方法特點及差異Table 1 Characteristics and differences of the analysis methods for bitterness substances in beer

2 啤酒和啤酒花中的苦味成分

啤酒花中的苦味成分主要為三大類——α-酸，β-酸和黃腐酚，其在一定條件下會進一步發生化學轉化。其中，異α-酸及其轉化產物、α-酸和β-酸的氧化物、黃腐酚的異構/氧化產物是對啤酒苦味貢獻最主要的物質[15]。

2.1 α-酸及其衍生物

2.1.1 α-酸

α-酸（1A）是啤酒花中最主要的成分，也是衡量啤酒花品種的最重要依據。因品種、土壤、氣候等差異，α-酸的含量約占啤酒花質量的2%～17%。根據《巴特報告》，可將啤酒花分為優質香型、香型、高酸型等[16]。α-酸因酰基側鏈的不同，存在3種最主要的同系物：葎草酮（n-）、合葎草酮（co-）、加葎草酮（ad-），三者的含量分別約占α-酸質量的35%～70%、20%～65%、10%～15%[17]。

雖然α-酸是啤酒花最主要的苦味酸，但因結構的疏水性，α-酸能保留在啤酒里的含量最高僅為14 mg/L，對其研究，主要集中在對其異構化和降解產物的分析上[18-19]。盡管也有研究測定了α-酸的苦味閾值[5]，但即使α-酸處于最大的溶解量也不足以帶來苦味口感[20]，因此啤酒中來源于α-酸的苦味可忽略不計。

2.1.2 α-酸的異構化、氫化產物

異α-酸（2A、3A）是α-酸經質子化和酮醇重排形成的有兩個手性碳原子的五元環化合物[21]，具有較好的水溶性，其對啤酒的苦味貢獻率約占80%[22]；因有手性碳原子，而存在順、反式兩種結構。傳統釀造中，α-酸異構化的比例僅有25%～35%[23]。在現代工業中，啤酒花提取物、異構化浸膏、四氫異α-酸的應用增多，前者α-酸的利用率提高到45%以上，后者可超85%[23]。在啤酒釀造過程中，順、反式異α-酸的生成比例約為70∶30[24]，且順式異α-酸苦味更強烈，順式異葎草酮的苦味比順式合葎草酮更強烈[25]。INTELMANN D等[25]還分析了異α-酸六個同系物的苦味閾值（見表2）。

表2 α-酸及其衍生物的結構及相關信息Table 2 Relevant information and structures ofα-acids and their derivatives

續表

異α-酸由于光不穩定性而存在“曝光（lightstruck）效應”，會分解產生異戊烯基硫醇和脫氫蛇麻酸等硫醇類化合物，具有“臭鼬”氣味[26]。針對異α-酸的光致降解，一般啤酒均采用綠色或棕色等不透明包裝，以降低或消除不愉悅口感。基于此，MOIR M[27]最先提出“異α-酸加氫穩定”的觀點，并依據分子中所加氫原子的數量分為二氫（33A）、四氫（34A）、六氫（35A）異α-酸。此后，FRISTCH A H[28]對異α-酸及其氫化產物的苦味特征進行了描述（見表2）。由于33A～35A具有顯著的光穩定和泡沫穩定性，因此生產的啤酒可使用透明瓶灌裝；其中，34A已在啤酒釀造中廣泛使用。

2.1.3 α-酸及異α-酸的氧化、降解產物

α-酸因其不穩定性，除異構化外，在啤酒釀造和儲存過程中會主要依賴氧的氧化反應[29]。葎草靈酮（4A）是α-酸自然氧化的主要產物[30]，比異α-酸多一個羥基，因而水溶性更強。盡管葎草靈酮的苦感約為異α-酸的66%[8]，但其更高的水溶性可增強啤酒的苦味。TANIGUCHIY等[31]采用煮沸實驗研究了α-酸的氧化產物，其中葎草靈酮可被氧化為9A，9A可異構化為10A，也可進一步氧化代謝為11A（11A還可異構化為12A）[32]、13A～16A[33]；并且在啤酒花儲存過程中，α-酸還會氧化為17A～21A，其中21A不穩定又會迅速異構化為19A[34]。但對于這些化合物的苦味品質和閾值研究尚未見報道。

因α-酸在酒體本身存在極少，酒體中以異α-酸的氧化產物為主。研究表明，順式異α-酸的穩定性較強，因而在啤酒老化過程中反式異α-酸更易降解[6]，伴隨著異α-酸的降解，啤酒苦味也會有所衰減。異α-酸在麥汁煮沸過程中的氧化產物為鄰二醇類化合物[35]，自然氧化產物除5A、6A外，還有27A～30A；另外，5A/6A還會進一步氧化為7A/8A[36]。INTELMANN D等[19]研究了異α-酸降解過程，發現異α-酸會轉化為導致酒體苦味“綿長而澀口”的物質22A～26A，且僅反式異α-酸會產生此類降解產物，這也驗證了順式異α-酸比反式結構更穩定。然而，氧化產物27A～30A的形成中，順式和反式異α-酸具有同等的貢獻，并不符合“順式比反式穩定”的規律。INTELMANN D等[37]在首次確定了5A～8A的絕對構型后，還提出順/反式異α-酸會分別氧化產生對應的順/反異構氧化產物，并鑒定了異α-酸的降解產物31A、32A[38]，但對其苦味特征未見進一步報道。

上述研究可初步得出：α-酸經異構化后，由六元環轉化為五元環結構，苦味強度增強；對比異α-酸和葎草靈酮的結構，后者在五元環上多一個羥基，但苦味強度降低，這一規律同樣適用于22A～24A，說明羥基的加入會降低化合物的苦味程度。對比23A和24A，兩者的差別在于24A的碳碳雙鍵在碳鏈的末位，說明末位碳碳雙鍵會增強苦味程度。

2.2 β-酸及其衍生物

2.2.1 β-酸

相對α-酸，β-酸（1B）及其衍生物的研究較少。與α-酸類似，β-酸也有3種主要同系物：蛇麻酮、合蛇麻酮、加蛇麻酮。但β-酸比α-酸在結構上增加了一個異戊烯基，導致酸性較弱，疏水性更強，溶解度僅為8.5 mg/L[39]，三種同系物的苦味閾值均＞35μmol/L，因此β-酸本身并不能為啤酒提供苦味。HASELEU G等[40]認為，在釀酒過程中β-酸會完全消失，對啤酒沒有苦味貢獻。而β-酸結構中的芳香環上不存在叔醇基團，因此不能發生類似α-酸的異構化反應。

2.2.2 β-酸的氧化、氫化產物

研究表明，β-酸極易被氧化[24]，壓縮啤酒花在儲存12個月后其含量會降低51%～83%[41]。TANIGUCHIY等[42]認為，利用β-酸的氧化物進行釀造，酒體可呈現出令人愉悅的苦感。β-酸易被氧化生成希魯酮（2B），其是人們普遍認同的β-酸氧化產物，盡管其在啤酒中的含量大約為1～2 mg/L[43]，苦味強度也僅為異α-酸的84%[8]，但其具有“短暫而溫和”的苦感，與異α-酸的苦感類似[42]，因此希魯酮對啤酒的苦味品質具有一定影響。β-酸的另外一個重要的反應是其可生成三環結構的化合物（4B～12B），JOHN G D等[44]在1978年首次報道了這一反應并迅速引起了業界的重視。

HASELEU G等[40，45]發現，β-酸在麥汁煮沸過程中生成的氧化產物對啤酒的苦味起到一定貢獻，并鑒定出了β-酸的氧化產物2B～8B，苦味閾值介于7.9～90.3μmol/L（見表3）。此后，VERZELE M等[46]還確定出β-酸的降解產物9B、10B。與異α-酸的加氫穩定相同，由于β-酸側鏈含三個異戊烯基基團，因此β-酸可加氫生成六氫β-酸（10B），其具有很高的穩定性和抑菌防腐等生理活性，但不具苦味，因此將其應用于非啤酒食品體系的前景廣闊[47]。

表3 β-酸及其衍生物的結構及相關信息Table 3 Structures and relevant information ofβ-acids and their derivatives

綜合分析可得出，β-酸氧化生成希魯酮后，六元環轉化為五元環，苦味強度增強；而其進一步轉化為3B后，母體結構未變，但增加了一個羥基，致其苦味程度降低；對比5B、6B，R'取代基中存在雙鍵時苦味增強，這也符合羥基加入降低苦味，雙鍵加入增強苦味的規律。

2.3 黃腐酚及其衍生物

2.3.1 黃腐酚

除啤酒花軟樹脂，啤酒花中還含有較多的黃酮、酚酸等酚類化合物，其中含異戊烯基的查爾酮類化合物是最令研究者關注的活性組分[48]，而黃腐酚（1C）是啤酒花中含量最為豐富的含異戊烯基的查爾酮[49]。黃腐酚的苦味閾值為10μmol/L[50]，且酒體中黃腐酚含量的增加會使啤酒呈現“良好且愉悅”的苦味特征[51]。然而傳統釀造過程中，黃腐酚在啤酒中的含量甚微[49]，這一是黃腐酚會和麥汁或發酵液中的蛋白質結合而沉淀損失，二是其與α-酸類似，會發生異構化、氧化降解反應。

2.3.2 黃腐酚的異構化及氧化產物

黃腐酚在煮沸時會迅速發生異構化，生成苦感較低的異黃腐酚（8C）和去甲基黃腐酚（12C），而12C還會進一步異構化為14C和15C，這些物質均可對啤酒的苦味產生影響[25]。更新的研究發現，黃腐酚和異黃腐酚均會發生氧化反應，產生許多氧化代謝產物[29，52-53]，這些產物對啤酒的苦味也有一定的貢獻[50]，見表4。

表4 黃腐酚及其衍生物的結構及相關信息Table 4 Structures and relevant information of xanthohumol and their derivatives

續表

分析黃腐酚及其衍生物的苦味閾值可知，黃腐酚經異構化后，母體中查爾酮結構發生了環化，碳碳雙鍵打開成環，形成的異黃腐酚苦味強度降低。當母體相同時，R取代基中含羥基時，其苦味強度會有所下降（6C除外）；R取代基含碳碳雙鍵時，化合物的苦味強度會增加；但當R取代基中同時含有碳碳雙鍵和羥基，化合物的強度一般會降低（如3C）；而當R取代基上的羥基氫被烷基取代后，苦味會增強，但隨著烷基碳鏈的增長苦味會減弱（9C～11C）；若R取代基與六元環上的羥基發生環化，則其苦味強度會明顯提升（18C～23C）。此外，母體環上的氫被異戊烯基取代，苦味強度會隨異戊烯基的增加而增強（16C、17C）。

2.4 其他影響苦感的物質及因素

啤酒花中其他多酚也對啤酒苦味品質有一定影響。除黃腐酚及其衍生物外，還包括以槲皮素、山柰素及其糖苷類為代表的黃酮醇類化合物、兒茶酸為代表的黃烷三醇類、阿魏酸為代表的羧酸類等，總量約占啤酒花干質量的4%左右[49-50]。影響啤酒苦味的其他化合物信息見表5。從表5的結構可知，羥基增加，苦味強度會降低再次得到驗證，如槲皮素和山柰素類化合物苷元上存在較多羥基，澀口感較強；香豆酸類化合物的同系物中，當R-為氫時（即末位為羥基），未表現出苦味特征，這或許是因為澀感在一定程度上會掩蔽苦味。

研究表明[54]，總多酚含量高低及多酚類化合物的種類、聚合度和分子量的差異等都是引起啤酒酒體苦味和澀味感變化的重要因素，在異α-酸的存在下，總多酚可對啤酒的苦味起到累加效應；且啤酒中總多酚的濃度每增加15～20 mg/L，啤酒酒體的苦味值將提高一個單位[54]。此外，啤酒釀造中對殘糖量和酒精度的控制是平衡苦味的重要環節[55]。

表5 其他苦味化合物的結構及相關信息Table 5 Structures and relevant information of other bitterness substances

3 結論及展望

綜上所述，隨著儀器分析技術的發展，目前對于啤酒中苦味物質的分析鑒定方法較為成熟，以此為基礎，對啤酒花中的苦味物質及其代謝衍生物的研究也日益活躍，但對已確認化合物的苦味強度和品質特征的描述和研究相對較少，許多化合物的代謝轉化機理僅停留在推理層面，缺乏全面、科學、系統的研究。控制啤酒的老化和活性物質的降解是啤酒釀造者們長期關注的重點，然而對啤酒獨特適宜的苦味品質起到關鍵作用物質的代謝轉化途徑和機理，及其在釀造過程中的關鍵工藝控制點尚未被闡明。已有文獻報道，啤酒花中部分苦味物質的降解產物在一定程度上可改善啤酒的整體風味，可能使啤酒的品質和口感更佳多元化、更具獨特性；結構中羥基的增加會提升澀感，并且在一定程度上會掩蔽苦感；碳碳雙鍵的加入會增強苦味強度等，但這些工作相對數量較少，研究也不夠細致，是否具有普適性、生產的啤酒產品是否能被市場接受未來還需要大量的工作來研究考證。

中國的啤酒產量在全球首屈一指，但啤酒產業“大而不強，多而不精”的現狀亟待解決。通過控制啤酒花的加工、儲藏、添加工藝，調整、優化、改善釀造條件而得到苦味風格獨特且風味多樣的優質啤酒是有趣而富有意義的工作。但由于啤酒花中組分的復雜性，苦味成分對外界環境的敏感性、以及各種成分代謝轉化過程的不確定性等，尚需更為細致深入的研究，才能為啤酒產業提質升級提供更具參考價值的科學理論支撐。