啤酒酿造过程中萜烯类物质演化过程的研究

作     者：宋家麟 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂聪

授予年度：2024年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：啤酒花 萜烯类化合物 啤酒酿造 转录组分析 GC-MS 

摘      要：啤酒中的萜烯类物质是赋予啤酒独特香气的重要成分,主要来源于酒花。萜烯类物质包括单萜烯、倍半萜烯等,其中芳樟醇、香叶醇等是贡献啤酒酒花香气的重要成分。在啤酒酿造过程中酵母会影响啤酒中萜烯类物质的含量和组成,芳樟醇转化为香茅醇和橙花醇,而香叶醇转化为芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇等。为探究啤酒酿造过程中萜烯类物质的演化过程,不同品种的酒花/酵母结合可能在萜烯类物质的含量、组成及变化上存在的差异。首先进行了不同酒花/酵母结合对啤酒中萜烯类物质含量影响的筛选实验,分析其不同酒花/酵母之间萜烯类物质含量影响,实验选取了4种酒花(拿盖特、彗星、西姆科、卡斯卡特)与4种酵母(US-05、S-33、K-97、BY4741)结合进行筛选实验,通过GC-MS检测分析其发酵过程中萜烯类物质含量变化,结果表明,西姆科酒花与K-97酵母结合进行发酵时,芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量高于其他酒花与酵母的结合,整体分析GC-MS数据中的萜烯类物质,其西姆科酒花与K-97酵母结合进行发酵要更优于其他酒花与酵母的结合。 为了进一步的研究萜烯类物质的演化过程,选用西姆科酒花与啤酒酿造酵母K-97和酵母BY4741分别进行发酵实验,同时在发酵过程中设置干投酒花与未干投酒花进行对比,分析萜烯类物质在不同酒花添加方式下含量的不同,对成品啤酒风味变化的影响。转录组结果分析表明,将未干投酒花的BY4741酵母与K-97酵母啤酒酿造实验进行对比,通过GO富集分析和KEGG富集分析,发现在萜烯类骨架生物合成途径中7个基因(HMG1、ERG12、IDI1、MVD1、ERG20、ERG13、ERG10)处于高表达,而这些基因主要作用在甲羟戊酸(MVA)途径和异戊二烯焦磷酸酯(IPP/DMAPP)途径上,甲羟戊酸(MVA)途径和异戊二烯焦磷酸酯(IPP/DMAPP)途径是萜烯类物质酵母代谢的两种主要途径,基因的高表达有可能有助于萜烯类物质的生物合成与转化,同时GC-MS和感官品评实验证实了啤酒酿造酵母K-97在啤酒酿造过程中对于萜烯类物质的富集影响要优于酵母BY4741。GC-MS检测分析发酵过程中萜烯类物质含量变化的结果显示,在使用不同酵母进行啤酒发酵实验中,用K-97酵母进行发酵实验时,干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.229μg/L、0.213μg/L、0.174μg/L、1.024μg/L,未干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.016μg/L、0.103μg/L、0.033μg/L、0.076μg/L;用BY4741酵母进行发酵实验时,干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.184μg/L、0.184μg/L、0.106μg/L、0.932μg/L,未干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.014μg/L、0.088μg/L、0.024μg/L、0.059μg/L,验证了干投酒花比未干投酒花在发酵过程中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇等萜烯类物质含量要高,在啤酒酿造过程中使用K-97酵母要比使用BY4741酵母进行发酵实验产生的萜烯类物质的含量要更高。通过GC-MS检测分析的结果与转录组中萜烯类骨架生物合成途径的基因高表达形成对照,进一步验证了萜烯类物质演化的过程。 本课题探究了在啤酒酿造过程中萜烯类物质演化的过程,通过转录组分析结合GC-MS结果分析证实有可能萜烯类骨架生物合成途径以及关键基因,在啤酒发酵过程中对萜烯类物质含量的上升,以及提高感官品评验证具有正面影响,同时,不同酒花添加方式对成品酒的风味、口感等也有影响,为实现在啤酒酿造过程中减少对特定酒花的依赖以及实际啤酒酿造生产提供了理论基础。