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不良风味|啤酒中那些奇特的味道从何而来(二)

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【回顾上期】



【说在前面】
这是新的系列节目,由大米与他的酿酒师朋友一起出品,力求用轻松诙谐的语言让你了解啤酒中的不良风味表现、来源以及处理办法(可能不只是酿酒方面的处理办法)。

本文全文4000字,读完预计需要15分钟。



Diacetyl,双乙酰

 

记得以前看《哈利·波特》的时候,剧中出现过的黄油啤酒还是挺让人印象深刻的,毕竟也从来没有见到过这样诡异的搭配。听说现在上海迪士尼里还能买到同款饮品,也还是挺有兴趣去尝试一下的(大约吧)。黄油啤酒或许还能招揽一些爱好者或猎奇者,黄油味的啤酒,可能就是真正的异端了。啤酒中黄油味的来源,就是我们接下来要说到的,双乙酰。


非常尴尬,本穷x还没有去过迪士尼,只能图库不够网图来凑了

 

双乙酰——容作者大胆的猜测一下,看到此文的大多数朋友应该都对这个词比较熟悉,但又不是那么熟悉,或者说是如果不是因为喜欢啤酒,可能这辈子都不会了解到这个物质。


在介绍这个不良风味之前,首先我要阐述一个观点——虽然双乙酰是一种具有强烈挥发性、刺激性,并能够显著破坏啤酒风味的物质,但严格说来双乙酰并不总是一种不良风味,也绝不意味着优秀的啤酒中不能含有双乙酰。相反,双乙酰是酵母代谢的重要副产物,副产物的意思并不是说这它可有可无的或可以避免产生,而是意味着酒精与双乙酰必定会在发酵过程中同时产生。低浓度的双乙酰不会达到风味阈值,人是闻不出来的。在某些啤酒风格中,低浓度双乙酰带来的风味还是一种特色。准确地说,只有含量过高、风味过于明显的双乙酰才是一种不良风味。


【打个预防针】


不同于前面一些比较生活化或是熟悉化的风味体验,我们需要首先了解双乙酰是什么,以及其风味该如何描述。双乙酰也称丁二酮,分子式为C4H6O2(化学结构式如下图),在工业上的主要用途为食用香料,如用在奶油、干酪、糖果等生产中。根据Pubchem的数据,双乙酰的风味阈值为8.6ppb,即当一升水中的双乙酰含量大于8.6µg时即能够被人感知到,而根据青岛啤酒刘宁的《啤酒中双乙酰的形成及控制》,当淡色啤酒中的双乙酰含量大于0.1mg/L时,即会表现为类似黄油、馊饭等的异常风味。



 【双乙酰化学结构】

 


双乙酰的形成与降解

 

对于啤酒生产而言,麦汁的制造其实是一个非常稳定的步骤:固定的温度,标准的煮沸时间,成熟到能够被画成曲线的工艺标准,使用多少麦芽,在哪个时间点加入多少酒花,最后产生多少麦汁,标准的流程让你在一切开始之前就对结果心知肚明。确定一个行之有效的标准流程,对任何一个能够稳定生产的酒厂而言,都不是一件困难的事情。只要有具体的配方,谁都能够照葫芦画瓢进行复刻。




 

当进度来到发酵,一切都变得玄学了起来。毕竟酵母君作为一个坚定的反内卷主义者,总是有属于他自己的独特想法,一有不爽的就胡乱操作,一看就是个老练的摸鱼怪。整体来看,双乙酰的主要产生机制可以归纳为下图,所以一切都非常简单,只要把下图学会就是一个合格的啤酒爱好者了(手动狗头)。



图源:李英等《浅谈啤酒生产贮存过程双乙酰的诱因及控制》 

 

咳,开个玩笑而已,毕竟能够看得懂这个的大概也都是一个合格的生物工程大学生了。众所周知,在酿造啤酒时添加的酵母量相比于整体麦汁量来说几乎等于没有,一个20L的家酿配方,可能添加的干酵母重量也就10到20g。如果只靠这一小撮酵母干活,可能007到天荒地老也仍然是个无醇啤酒,所以在发酵初期,需要对麦汁进行充氧,让酵母进行有氧呼吸进行S型繁殖,子又生孙,孙又生子;子又有子,子又有孙;子子孙孙无穷匮也。人多力量大,对酵母也同样适用。而酵母增殖的过程中,就绕不开一种物质——缬氨酸。

 


【流水线,@澳门皇茶】

 

我们都知道,一家工厂正在进行流水线作业,为了维持整体运行稳定流畅,各个工序的产能状况需要维持相对平衡,否则就会出现某中间产物在某个步骤大量堆积的情况。但不巧的是,在缬氨酸的生成过程中,乙酰羟酸还原异构酶工作能力超级低拉垮得很,导致总是有过量的α-乙酰乳酸在酵母体内堆积无法转变成二羟基异戊酸。更不巧的是,α-乙酰乳酸就是生成双乙酰的前体物质。原本过量的α-乙酰乳酸兄弟们正在酵母体内塞车,前面的收费站工作人员不仅态度恶劣还消极怠工,正惆怅着这得等到啥时候,突然扭头一看,诶,好巧,另外一边突然多出了一条崭新的ETC通道,收费速度奇快还打折,这就导致很多α-乙酰乳酸去抄近路过去了。结果这根本不是通往幼儿园的路,而是上了贼船。α-乙酰乳酸从酵母体内分泌到体外进入了发酵液中,发生了非酶促氧化脱羧反应,生成了双乙酰。这一反应过程就是啤酒中双乙酰产生的主要原因。

 

酵母作为一种微生物,也存在生老病死的生命周期,当酵母死亡后细胞会裂解(酵母自溶现象),酵母裂开破掉后体内的α-乙酰乳酸也会进入发酵液,继续形成双乙酰。


此外,不规范的生产过程可能导致发酵液感染链球菌、乳酸杆菌等厌氧菌,他们可以在无氧环境中大量繁殖,同时生成α-乙酰乳酸与双乙酰,也可能是乙酰辅酶A与活性乙醛反应,生成双乙酰与辅酶A。



【喂?我上高速啦】


但是,法外狂徒双乙酰也终究不是强而无敌的,不然我们能够喝到的也就只能是黄油馊饭水了。不得不感慨生物体系的完美与制衡,虽然乙酰羟酸还原异构酶的低能导致双乙酰大量产生,但是酵母也自己给出了解决方案:再创造一种酶用于还原双乙酰,也就是双乙酰还原酶。酵母外的双乙酰能够渗透回细胞内,进行还原形成一种新的化学物质——乙偶姻(3-羟基-2-丁酮,Acetoin),乙偶姻可以继续反应形成2,3-丁二醇,并最终存在于啤酒中。到了这里差不多反应也就到了尽头,因为乙偶姻与2,3-丁二醇的风味阈值大致在30-100mg/l,实际啤酒中的浓度一般不会超过这个数值,也就不会影响啤酒的风味。不过这个过程中,还存在一个小小的bug:双乙酰形成的速度大约是还原速度的十倍。怎么办?既然你还原的慢,那我们就等等呗,所以这也就是啤酒酿造中需要进行后酵的原因之一,等到酵母将双乙酰还原的差不多,啤酒也就“成熟”了。

 

 

图源:吴天祥等《应用包埋a-乙酰乳酸脱羧酶改进啤酒发酵及控制的模型研究》

 

可能上面的描述依然会有一些晦涩难懂,也可能有朋友会问,我为什么要知道这个玩意儿是怎么生成的,赶紧教我怎么才能有理有据的与酿酒师聊天!暂且稍等片刻,在下有三条妙计奉上。



第一条

“我认为贵司的糖化工艺,不够严谨”

 

α-FAN (α-Free Amino Nitrogen), α-游离氨基氮,是啤酒糖化过程结束后冷麦汁的重要指标,根据顾国贤《酿酒工艺学》一书,冷麦汁中的α-FAN含量越高,发酵过程中的双乙酰峰值越低。谭冬梅《啤酒生产中双乙酰的形成及控制措施》中研究显示,过高的α-FAN又会使发酵过程产生较多的高级醇与酯类物质。所以,在糖化过程中将麦汁的α-FAN维持在合适的区间内,能够有效降低产品的双乙酰含量,又不产生过多的高级醇与酯类。

 

 麦汁中的金属离子含量也会对双乙酰含量造成影响。过量的Na+、Mg2+容易导致酵母提前衰老、死亡最后发生自溶,而Ca2+、K+能够加强酵母的代谢,加速双乙酰的还原,从而降低双乙酰含量。

 

所以,适当控制α-FAN并调整钠、镁、钙、钾离子的含量,也是糖化中可以提升的地方。



第二条

“我认为您厂的发酵过程,不够稳定”

 

在啤酒酿造短则半个月、长则几个月甚至更漫长的时间内,糖化过程的几个小时终究只是昙花一现。酵母这个巨大不确定因素使得发酵环境持续变化,为了获得风味上佳的啤酒,就需要让发酵过程可控。发酵过程的稳定性也是决定啤酒风味的重要因素。

 

随着酵母的繁殖与发酵,麦汁中的糖不断被消耗,酒精含量逐渐上升;同时大量产热使发酵液温度明显上升。虽然适当地升温能够提升啤酒的发酵速度,但是同时也会加速产生的双乙酰;此外,发酵温度的偏离还会使酵母提前衰老,降低双乙酰的还原能力。不过随着发酵的进行,CO2会使发酵罐内部的压力生逐渐升高,适当的罐压也能够促进双乙酰渗透回酵母中进行还原。大概可以理解成一个负反馈调节。

 

所以,发酵控制真的是有必要的,但是具体怎么控制,还要考验酒厂酿酒师的制衡之道。



第三条

“我认为你们的成品控制,不够精细”

 

前面其实有提到说,啤酒后酵的主要目的是为了等待双乙酰的还原,从而达到成熟条件。根据国标GB4927-2008《啤酒》中的标准,淡色优级/一级啤酒的双乙酰含量须低于0.1~0.15 mg/L。但并不巧的是,双乙酰的检测一直以来都是一件挺难的事情,根据管健良《不同双乙酰检测方法的误差分析》,目前常见的双乙酰检测方法主要有EBC分析方法与气相色谱法,但是这两种方法的核心设备——分光光度计与气象色谱仪,其实都比较昂贵,同时检测方法也比较复杂,需要经过良好培训的专职人员使用。所以如果真的要询问酒厂,你们是如何确保产品的品质是合格时,大概率可以获得以下三种回答。悄咪咪为各位提供一下解题思路,从而直捣黄龙,一招制敌:

 

酒厂A:我们目前没有条件检测双乙酰,所以我们通过品评法,或适当延长一些后酵时间来确保产品中没有双乙酰的风味。

问:那么这种所谓的成熟,是由谁来定义的呢?他的品评水平及当时的状态是否能够代表正确呢?意念酿酒,终究听起来不是那么靠谱的样子。

 

酒厂B:我们没有自己的检测设备,但我们会定期送外检大致确定整体发酵周期时间,平时就按照这个时间点来结束生产。

问:对于标准化生产流程来说,这种方法的确是一个既节省成本又获得不错效果的办法,但终究发酵是一个多因素影响的过程,如果遇到某个参数发生改变,那么又如何保证能够在既定时间内完成发酵过程呢?不是实时的监控,似乎终究会有遗漏的地方吧。

 

酒厂C:这个问题我擅长,我建立了专门的分析实验室,各种牛逼的设备一应俱全,别说是检测一个双乙酰了,哪怕是检测十乙酰也根本没有任何问题。

问:你们真有钱,请问还招工吗?

酒厂C:????????

 

(以上三个对话纯属虚构,与酿酒师沟通时请拿出足够的尊重,谢谢)



 【参考资料】



【第二篇 完】


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——我不是懒,我只是懒得签名而已。PS:汽泡菌
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