啤酒高浓酿造后稀释工艺对体系氢键的影响

姜甜"，#，董建军$ ，单连菊$ ，郑飞云"，#，李崎"，#，!，顾国贤#
（!"江南大学教育部工业生物技术重点实验室，江苏无锡#!$!##；
#"江南大学生物工程学院酿酒科学与工程研究室，江苏无锡#!$!##；
%"青岛啤酒股份有限公司科研中心，山东青岛#&&!’!）
摘要：醇水饮料中易于形成各种氢键，)*+ 适合于啤酒体系氢键的研究。

乙醇浓度在&’,左右时，羟基质子化学位移最大，啤酒中羟基质子化学位移在$"-.&/$".%0112之间变化。

啤酒体系中除乙醇外的其它物质对羟基质子化学位移有3#%,/$’,左右的影响，即会减弱醇水氢键的缔合。

相同原麦汁度的原浓酿造酒比稀释酒的羟基质子化学位移偏高，且随着稀释率的增加，羟基质子化学位移逐渐减小。

啤酒水化阶段氢键缔合作用经历平衡—增强—平衡—增强—极点—减弱—平衡的变化过程，水化!$4左右达到极点。

关键词：啤酒，氢键，!53 )*+，乙醇3 水
%&’()*&+*,’-./-/012.34 50*6.&/ 7.()3.,&,&-470,/*& 5,&7.&/
!"#$%&’()!，#，*+$%!’()3 ,-)%，./#$0’()3 ,-%，1/2$%34’3 5-)!，#，0" 6’!，#，!，%7%-83 9’()#（!"647879:;<=>;?=>9=@A B CD E?>F;G H F=?7I4B=G=J9，*F B F E?>9=@K CD I;?F=B，L F;B J B;B M B F N7>EF?9，O DP F#!$!##，Q4F B;；
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:*46,079：*##&；"$%&’(#)*’)%+)(；!=3 678；12.#&3 #."2)’3
中图分类号：6S#&#"0文献标识码：W文章编号：!’’#3’%’&（#’’.）’%3’!$%3’$
目前，人们主要利用传统的检测方法测定啤酒等酒精饮料的各项指标，但随着仪器分辨率和灵敏度的提高，波谱分析手段被广泛用来研究溶液分子层次上的结构、溶液宏观性质与组成的关系，在研究缔合溶液时显示出特有的优势［!］。

核磁共振技术（)*+）是一种重要的波谱研究手段，在研究缔合溶液时明显优于其他几种波谱技术而得到广泛应用［#］。

形成氢键质子的电荷密度会随体系浓度和温度等条件的变化而变化，当中心分子周围的化学环境变化时，宏观上表现出质子化学位移的变化；另一方面，溶液中溶剂效应、范德华效应的影响也可以体现在核磁共振化学位移的变化中［%，$］，因此研究缔合体系的核磁共振化学位移可以深入了解溶液缔合作用的变化规律，从而利用核磁共振的化学位移来评价醇水缔合体系的一些特性，进而从氢键等角度来控制醇水饮料的质量。

啤酒体系中乙醇和水大约占.0,，且都是极性分子，其混合体系主要以氢键的形式发生缔合［0］。

当然，由于啤酒中的醇、酯、酚、酸等其它物质含有大量强极性氢原子和电负性大的氧原子，它们也能形成大量的氢键。

啤酒的特性和质量是由其富含的各种物质所决定，而氢键可以表征各物质间的缔合作用，即可以从氢键的角度研究啤酒特性和控制啤酒质量。

本文从氢键的角度初步探讨高浓稀释过程的主要工艺对稀释啤酒的影响，对啤酒酿造业的发展将有一定的推动作用。

材料与方法
"
收稿日期：#’’-3’-3!%!通讯联系人
作者简介：姜甜（!.-&3 ），男，硕士研究生，研究方向：啤酒风味。

";"材料与仪器
!"#
!" #$ 啤酒酵母菌株本研究室提供；稀释酒79$97 高级醇、酯（液液萃取"气相色谱法）
79$9797 样品预处理取7##-0经脱气处理的啤酒
样品，加入7,-0 $#-;*0 的$ " 庚酮内标溶液，加
12I/饱和，用有机溶剂（重蒸馏的乙醚T 正戊烷U
7T7）连续萃取三次，溶剂用量分别为8#、8#、$#-0。

离心得上层有机溶剂萃取液，加入无水12
,
’5
6
干燥
脱水，置于",#S冰箱中过夜，恒温至室温后过滤、浓
缩至6-0，进行!I 分析。

样、水化酒样上海松江青岛啤酒有限公司提供；优
级乙醇，麦芽，大米，酒花，耐高温淀粉酶，&’’，色谱
甲醇，$#(硫酸锌溶液（)* +），,#--./* 0 123
,
45
6
，
78(亚铁氰化钾溶液（)* +），$9:(（- * -）乙醇，
$#-;* 0 $"庚酮，乙醚，正戊烷，羧甲基纤维素，柠檬
酸铁铵，氢氧化铵，乙二胺四乙酸二钠。

<=2>?@<+ " 8## 型核磁共振波谱仪
A B CD@B公司；’E F-2GH C!I",#7# 气相色谱仪
瑞士
日本!I 分析条件色谱柱：I4" )<V 8,I A
79$979,
岛津；高效液相色谱、’@J"42D I
7K
I2BLB F G;@样品处理$#-，W9&9#9$,--（液膜原标：#8,!-）；载气：1
,
；程序
升温条件：6#S（8-F>）"7K#S（,#-F>），7#S* -F>；气
化室温度,##S；检测室温度,8#S；进样时
间#9#6-F>。

79$9,有机酸（高效液相色谱法）参照文献［X］。

79$9$ 总多酚参照文献［Y］。

柱美国)2L@B M公司；43’" $I型精密J3 计，
N+",###分光光度计。

!"# 实验方法
79,97 啤酒体系（或乙醇"水模拟体系）1OP 测定
啤酒样品经过滤脱气处理（或用优级乙醇配制一系
列不同浓度的混合溶液），将样品和&
,
5 加入到
7,?-一端封口的熔点毛细管内，置于<=2>?@
<+"8## 型核磁共振波谱仪核磁检测管中，按下列条
件测定：氢核共振频率8##97$#O3H；8-- Q14（四核
结果与讨论
#
#"!乙醇&水模拟体系的!’&()*分析
配制不同浓度的乙醇"水溶液，用79,97 中的方
法测定质子化学位移，结果如图6 所示。

探头7$ I" 7 3" $7 4"7:R）探头；&5 锁场；内标物质&’’
,
［（I3
$
）
$
’F"（I3
$
）
$
"’5
$
12］；检测温度7K S。

79,9,糖化工艺曲线如图7 所示。

图6 乙醇浓度与质子化学位移的关系
由图 6 可知，纯水的质子化学位移为69K:X JJ-；
当乙醇体积浓度小于X#(时，随着乙醇浓度的增加，
羟基质子化学位移逐渐增大；乙醇浓度在X#(左右
时，质子化学位移最大，此时乙醇与水的摩尔比接近
7T,，能形成最稳定的乙醇"水氢键缔合结构；当浓度
大于X#(时，质子化学位移反而逐渐减小。

推测其
原因可能是由于醇水氢键的形成，羟基质子周围的
电子被氧原子吸引，电子云密度减小，发生共振所需
的电磁场强度降低，从而在化学位移较大的低场发
生共振现象。

由图 6 知，当乙醇浓度小于8(时，乙
醇浓度每增加7(，化学位移增加#9##:JJ-左右，即
此时化学位移每改变#9##:JJ-可反应出7(的乙醇
含量变化；而当乙醇浓度大于8(时，平均每改变
7( 浓度的乙醇，其化学位移改变#9##8JJ-左右。

乙醇浓度为8(时，模拟体系羟基质子化学位
移为
69:$8JJ-，啤酒酒精度一般小于8(，所以其化学位
移在69K:X Z69:$8JJ-之间。

#"# 原浓酿造啤酒与高浓稀释啤酒的!’&()* 及
风味物质含量分析
为了消除原料、酿造工艺等因素的影响，先在实
验室按79,9,糖化工艺酿制7#[ 4 麦汁；再在7#[ 4 麦
汁中添加不同量的麦芽糖浆，分别调制成7K、76[4
高浓麦汁；并将7#[ 4 麦汁稀释成:9#、Y9K[ 4 低度麦
汁。

7K、76[4高浓麦汁由!"#$ 啤酒酵母菌株按图,
发酵工艺酿制成高浓酒基；7#、:9#、Y9K[ 4 麦汁经图7
79,9$ 发酵工艺曲线
糖化工艺曲线
为了保证相同的发酵度，采
用了两种不同的发酵工艺进行发酵。

高浓发酵、常
浓发酵工艺分别如图,、图$ 所示。

图,高浓发酵工艺曲线
图$
!"%主要分析方法
常浓发酵工艺曲线
!""
!"#$啤酒酵母菌株按图$ 发酵工艺酿制低度啤酒。

将%&、%’()高浓酒基分别稀释成%#、*+#、,+&()低度
啤酒，得到相同原麦汁浓度的原浓酿造酒和稀释酒，
分别测定其质子化学位移，结果如图- 所示。

图& 原浓酒和稀释酒与总有机酸含量的关系
图- 原浓酒和稀释酒与化学位移的关系
由图- 可知，相同原麦汁浓度的原浓酿造酒比
稀释酒的化学位移高，即原浓酒中质子缔合更紧密。

随着稀释率的增大，质子化学位移逐渐减小，啤酒体
系的缔合程度相应减弱。

为了考察啤酒中其它物质
对氢键的影响，结合图’、图- 以及测定的低度含醇
啤酒可知，相同酒精度的醇水模拟体系比啤酒体系
的化学位移偏大，偏差在/ #+##,0/ #+#%-112之间，
说明其他物质对啤酒体系中乙醇"水的羟基质子化
学位移有"3$40 ’#4左右的影响，即啤酒中其它物
质的存在会减弱醇水氢键的缔合，如图5 所示。

图* 原浓酒和稀释酒与总多酚含量的关系
体）可以结合解离出的质子，使;?@共振频率向低
场移动，化学位移增大。

!"# 稀释率与啤酒体系氢键的关系
为研究稀释率与啤酒体系氢键缔合的关系，在
青岛啤酒公司取过滤后稀释前的%$() 高浓酒基，按
不同比例加脱氧充A B
3
处理水，分别稀释成,、&、%#、
%%()低度啤酒（即稀释率分别为&54、5$4、$#4、
%&4），测定不同酒样的质子化学位移，结果如图%#
所示。

图5 不同体系中乙醇浓度与化学位移的关系
醇酯、有机酸、多酚等是啤酒中除乙醇和水外的
主要物质成分，且由于各自特有的基团使得它们易
于形成氢键。

6789:;<=>%等人［&］报道了醇酯、有机
酸、多酚等对乙醇"水体系氢键的影响，为了研究原
浓酿造啤酒和稀释啤酒体系中物质含量与氢键之间
的关系，分别测定原浓酒和稀释酒中总醇酯、总有机
酸和总多酚含量，如图,0 图* 所示。

图%#稀释率与化学位移的关系
由图%# 可知，随着稀释率的增大，啤酒中羟基
质子化学位移逐渐减小，氢键缔合作用逐渐减弱。

,、&、%#、%%、%$()啤酒的总醇酯、总有机酸、总多酚含
量如表% 所示。

由表% 可知，随着稀释率的增大，其
含量均减少。

与3+3 中不同，高浓酒基稀释到同一低
度酒的稀释率结果一致，说明稀释率越高，啤酒体系
氢键缔合作用越弱，风味物质含量越低。

表%啤酒物质含量与稀释率的关系
稀释率
（4）
总醇酯
（2C D E）
总有机酸
（2C D E）
总多酚
（2C D E）
&5
5$
$#
%’*53+-$
%&3&5+,-
3%$&’+5&
&*’+%5
%#33+5$
%$3-+$&
%$5+*$
%-$+&-
%*,+&%图, 原浓酒和稀释酒与总醇酯含量的关系
由图,0 图* 可知，原浓酒中醇酯、有机酸和多酚
的含量均比稀释酒中的高，且随着稀释率的增大，醇
酯、有机酸、多酚含量减少。

结合图- 可知，啤酒中
醇酯、有机酸和多酚含量的高低与质子化学位移的
大小关系一致。

由于醇酯、酸、多酚通过解离出质子
使醇水中氢键缔合加强，而共轭基团阴离子（质子受
%&3$&3%+3$%’,&+’$3%-+$*
!"%水化时间与啤酒体系氢键的关系
高浓酿造法酿制啤酒时，在高浓酒基中加水稀
释后，啤酒要在一定条件下水化一段时间，水化过程
（下转第3&%页）
!"#
必要。

本文研制的鲜切蔬菜高浓度消毒液在线测控
装置具有自动检测和自动保持生产线消毒状况的功
能，能够根据厂家的实际需求，灵活调整检测项目和
检测浓度，具有很好的市场前景。

测模型研究［>］/食品科学，@A AD（G）：BG F G!/
［J ］K#52*%0#L，K#%<+01#0#-，M N+7+,O，+1%8/.+4;:1#202=
:)825#0+:20:+015%1#20%047#:52P#%882%44;5#0<Q%,)#0<R
4#,#0=+:1#202=,)5+44+48+11;:+［>］/ S01> ?224 &:# T U+:)028，
@AA D，J C：J D!F J DG/
［D］MV W GDC R@A A@消毒技术规范［&］/中华人民共和国国家
标准委员会，@A A@/
［W］&%6+5,M L/X==#:%:92=Q%,)#0<%04,%0#1#Y#0<7+1)24,=25
4#,#0=+1#202==5+,)=5;#1%04*+<+1%P8+6524;:1［>］/ > ?224
U+:)028，@A A!，J C：J A W F J!!/
参考文献：
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652:+,,+4:+8+594;5#0<5+=5#<+5%1+4,125%<+［>］/ ?224
@AA B，CD：BE F GD/
()+7，
［@］张立奎，陆兆新/ H%(8I处理鲜切生菜中大肠菌群数的预
###############################################（上接第!D W页）
会改善啤酒口感，提高啤酒风味协调性和稳定性。

由于氢键缔合是一个平衡过程，随时间的变化其缔合
度会发生改变。

啤酒水化过程中大量物质相互发生作
用，氢键随之产生和破灭，但是在一定条件时会出现稳
定的平衡状态。

从青岛啤酒公司取水化时间不同的
EZK 酒样，测定其化学位移，结果如图!! 所示。

学位移有R@J^F D A^左右的影响，即啤酒中的其他
物质在一定程度上减弱醇水氢键的缔合。

!#!啤酒稀释率越大，羟基质子化学位移越小，氢键
缔合作用越弱；随着稀释率的增大，醇酯、有机酸、总
多酚含量均减少。

!#&啤酒水化过程氢键缔合经历平衡—增加—平
衡—增加—极点—降低—平衡的变化阶段，且在!D)
左右化学位移达到最大，氢键缔合最紧密。

水化过
程中醇酯含量与氢键缔合的变化关系一致。

!#’随着啤酒需求量的急剧增加，高浓酿造后稀释
技术将广泛应用于啤酒酿造中，而啤酒中各种物质
之间会形成大量的氢键，结合各物质种类、含量与氢
键的关系，通过对氢键的检测可以反映啤酒的一些
特性，从而更合理的指导高浓稀释技术在啤酒酿造
业中的发展。

利用H L.波谱技术检测啤酒中的氢
键能够得到常规分析方法无法获得的信息，有利于
啤酒工业的现代化和科学化。

图!! 水化时间与化学位移关系
由图!! 可知，在水化A F W)时，羟基质子化学位
移基本没有变化；W F E)时，羟基质子化学位移急剧升
高，但在E F!A)时又维持不变；在!A F!D)时，化学位
移逐渐增大，在!D)左右达到最大；随后随水化时间
的增加，化学位移逐渐减小，!E)以后基本保持不变。

说明啤酒水化时氢键缔合是阶段性的变化过程，经
历平衡—增加—平衡—增加—极点—降低—平衡的
变化阶段。

水化A、E、!D、!E)啤酒的总醇酯、有机
酸、总多酚含量见表@。

由表@ 可知，总醇酯含量随
水化时间的变化与羟基质子化学位移随水化时间的
变化关系一致，而有机酸含量和总多酚含量随水化
时间的变化不大。

参考文献：
［!］>2)0,120 _ K，L+5+4#1)> (，‘%55#,20 _ ]/&6+:152,:269：1)+
=2;51)*+51+320 1)+728+:;8%51)+572490%7#:,1+15%)+4520［>］/
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X1)%028#0-8:2)28#:V+*+5%<+,［>］/ >2;50%82=V#2,:#+0:+%04
V#2+0<#0++5，@A AB，!A@（D）：@BC F@EA/
表@啤酒物质含量与水化时间的关系
水化时间
（)）
总醇酯
（7<\]）
总有机酸
（7<\]）
总多酚
（7<\]）
A
E
!D
!W A E G/E B
!GGE D/A@
!C J G W/W E
CCC/J E
CC@/@E
CE G/A@
W D/CB
W J/J@
W J/J@
!E!BA E G/J W CE J/CD W D/!@
结论
乙醇R水模拟体系中，随乙醇浓度的增加，羟基
!
!#$
质子化学位移先增大再逐渐减小，乙醇浓度在BA^
左右时质子化学位移最大，缔合最紧密；啤酒中质子
化学位移在D/ECB F D/C J W667之间。

!#%相同度数的原浓酿造酒比稀释酒的化学位移
高，原浓酒中醇酯、有机酸和多酚的含量比稀释酒中
的高；啤酒体系中其他物质对乙醇R水的羟基质子化
!"#。