啤酒是以麦芽、啤酒花、酵母、水为原料制成的酒精饮品,具有悠久的历史,与黄酒、葡萄酒并称世界三大古酒。如今,随着经济社会的发展和人们消费水平的提高,传统的艾尔啤酒(也被称为“上面发酵啤酒”)和拉格啤酒(也被称为“下面发酵啤酒”)已经难以满足人们的消费需求,啤酒风格和口味呈现出多元化发展的趋势,果味啤酒、无醇啤酒、酸啤酒、功能性啤酒等新兴啤酒种类逐渐进入人们视野。
酵母是啤酒酿造过程中的发酵剂,能将麦汁中的可发酵糖类转化为乙醇和二氧化碳,并产生大量的挥发性酯、醇、有机酸、羰基化合物、含硫化合物等风味物质。酵母属(Saccharomyces)是最常见的一类酵母,具有较强的发酵性能和酒精耐受性,其中用于酿造艾尔啤酒的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisia)和用于酿造拉格啤酒的巴斯德酵母(Saccharomyces pastorianus)在啤酒工业中应用最多[1]。非酿酒酵母(non-Saccharomyces)是除酵母属以外的酵母。非酿酒酵母的发酵性能和酒精耐受性一般不如酵母属好,一些非酿酒酵母还会代谢产生硫化氢、乙醛等对啤酒风味不利的化合物,因此,早期一般认为非酿酒酵母是不适合用于啤酒酿造的微生物[2]。然而随着现代研究的不断深入,人们发现某些非酿酒酵母的使用能改变啤酒风味物质的组成和含量,从而改善啤酒口感,增加风味多样性,同时还能赋予啤酒一定的地域特色。此外,随着当前消费者健康意识的不断增强,“低醇化”、“功能化”已成为啤酒行业的重要发展趋势。一些非酿酒酵母具有低乙醇生产能力和特殊功能性成分的代谢能力,其应用符合啤酒行业的创新需求。总之,非酿酒酵母的应用大大提升了啤酒酿造的多元化水平,已成为啤酒酿造领域的研究热点之一。本文对啤酒酿造所涉及的非酿酒酵母种类、发酵方式以及相关应用进行综述,并指出在今后发展中可能存在的问题,旨在为开发适用于多元化啤酒酿造的非酿酒酵母新菌株提供可参考的方向。
1 啤酒酿造涉及的非酿酒酵母种类
自然条件下,非酿酒酵母主要存在于自然发酵的啤酒中,如兰比克啤酒、贵兹啤酒、法兰德斯红色艾尔啤酒等。兰比克啤酒是最广为人知的自然发酵啤酒,其发酵时间远远长于普通啤酒,一般为1～3年,多种微生物的共同作用使其拥有适度的酸涩口感和皮革、马厩的独特风味[3]。酒香酵母属(Brettanomyces)与兰比克啤酒的特殊风味有着最直接的关系,因此很早便受到啤酒酿造者的重点关注[4]。此外,人们还从自然发酵的啤酒中分离出了其他非酿酒酵母,如:假丝酵母属(Candida)、德巴利氏酵母属(Debaryomyces)、迈耶氏酵母属(Meyerozyma)、毕赤酵母属(Pichia)、红酵母属(Rhodotorula)、威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)、有孢汉逊酵母属(Hanseniospora)、隐球酵母属(Cryptococcus)等[5-6],它们也对各种特色啤酒特征风味的形成起到了至关重要的作用。
近年来,一些非啤酒来源的非酿酒酵母也被创新性地应用于啤酒酿造以提高啤酒品质。例如,有孢圆酵母属(Torulaspora)和拉钱氏酵母属(Lachancea)原本是葡萄酒中广泛使用的非酿酒酵母,分别用于提高葡萄酒的果味和酸度[7];接合酵母属(Zygosaccharomyces)具有耐高渗的特点,可以为酱油增香[8];木拉克酵母属(Mrakia)通常分离自极地和高海拔地区,属于嗜冷酵母[9]。除此之外,还有类酵母属(Saccharomycodes)、裂殖酵母属(Schizosaccharomyces)、塞伯林德纳氏酵母属(Cyberlindnera)、拟威尔酵母属(Williopsis)、丝孢毕赤酵母属(Hyphopichia)等[10-11]。已有多项研究证明了这些不同来源的非酿酒酵母用于啤酒生产的可行性。
丰富多样的非酿酒酵母种类为啤酒品种和风格的创新提供了更多可能性,推动了啤酒产业的多元化发展。目前,在啤酒酿造所涉及的非酿酒酵母种类中,布鲁塞尔酒香酵母(Brettanomyces bruxellensis)[12]、路德类酵母(Saccharomycodes ludwigii)[9,13-14]、德尔布有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)[12, 15-18]和耐热拉钱氏酵母(Lachancea thermotolerans)[19-21]的相关研究最多。
2 啤酒酿造中非酿酒酵母的发酵方式
2.1 纯种发酵
纯种发酵是指使用单一菌株发酵的技术,目前市售的大多数啤酒是酵母属纯种发酵的产物。与酵母属相比,非酿酒酵母大多初级代谢效率低,发酵性能有限,但是种类更多,具有更丰富的酶系和代谢途径[22]。酶和代谢途径的多样性决定了合成风味物质的多样性,极大影响了最终啤酒的风味特征,因此不同非酿酒酵母纯种发酵往往会得到截然不同的啤酒风格。METHNER等[23]从110个非酿酒酵母菌株中筛选具有优良酿造性能的菌株,发现粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)、鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)和扣囊覆膜酵母(Saccharomycopsis fibuligera)分别能利用麦汁中98%、90%、80%的麦芽糖,粟酒裂殖酵母的发酵产物有明显的花香,鲁氏接合酵母的发酵产物有小麦啤酒的风味,扣囊覆膜酵母的发酵产物则有明显的果香。另外,同一菌种的不同菌株之间也存在一定的代谢差异。MICHEL等[24]用10株不同的德尔布有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)菌株发酵麦汁,发现所有菌株均能发酵葡萄糖、果糖和蔗糖,但只有菌株T9能发酵麦芽糖和部分麦芽三糖,可以生产出酒精度4.0%vol、果香和花香浓郁的啤酒。
2.2 混合发酵
纯种发酵虽然能最大程度地发挥非酿酒酵母菌株独特的发酵特性,但菌株存在的某些缺陷却难以规避。为了在保留菌株发酵特性的同时尽可能克服其自身存在的缺陷,非酿酒酵母常被用于混合发酵。混合发酵是指使用2种或2种以上微生物共同完成发酵的新型发酵技术,在葡萄酒、白酒、果酒酿造中均已有应用[5]。目前,非酿酒酵母和酵母属混合发酵、非酿酒酵母和细菌混合发酵较为常见。
2.2.1 非酿酒酵母和酿酒酵母混合发酵
非酿酒酵母生成乙醇的能力往往不及酿酒酵母,因此其纯种发酵产品的酒精度一般低于普通啤酒。但若酿酒酵母也参与发酵,最终产品便可兼顾风味和酒精度。根据接种方式,非酿酒酵母和酿酒酵母混合发酵可分为同时接种发酵和顺序接种发酵。同时接种是在同一时间接种酿酒酵母和非酿酒酵母的接种方式,在啤酒中应用较少。一般情况下,为了使非酿酒酵母在竞争营养物质时更具优势,以促进其产生大量风味物质,会选择顺序接种,即先接种非酿酒酵母,待发酵一段时间后再接种酿酒酵母。混合发酵过程中,接种方式、接种比例和菌株选择都会对最终啤酒产品的品质产生影响。BOURBON等[25]将季也蒙有孢汉逊酵母(Hanseniaspora guilliermondii)菌株IST315和仙人掌有孢汉逊酵母(Hanseniaspora opuntiae)菌株IST408分别以2种接种方式(同时接种和顺序接种)与酿酒酵母混合发酵,结果发现IST315和IST408都能增加啤酒中乙酸酯的丰度。不同接种方式对最终啤酒的发酵度、酒精度影响不大,但顺序接种时麦芽糖和麦芽三糖的残留浓度略高。RIJSWIJCK等[26]研究了费比恩塞伯林德纳氏酵母(Cyberlindnera fabianii)菌株Cf65和酿酒酵母Sc131以不同接种比例同时接种麦汁后的代谢情况,发现Cf65初始接种量提高时,啤酒的残糖和酯类的相对丰度提高,醇类含量减少。此外,作者还观察到Sc131的生长受到部分抑制,这很可能是Sc131和Cf65之间的氧气竞争导致的。HOLT等[12]研究了 17 种非酿酒酵母和酿酒酵母顺序接种的发酵效果,发现在发酵的第二阶段,某些酿酒酵母可能会选择性的抵消一部分香气化合物,因此顺序接种发酵中酿酒酵母菌株的选择,对非酿酒酵母能否完全发挥改善啤酒香气的作用非常重要。目前,尽管已有大量研究证明了非酿酒酵母和酿酒酵母混合发酵应用于啤酒酿造的可行性,但实验多聚焦于菌株筛选和接种条件优化,关于啤酒体系中非酿酒酵母和酿酒酵母的相互作用机制研究相对较少,还需进一步探索。
2.2.2 非酿酒酵母和细菌混合发酵
非酿酒酵母发酵的啤酒由于残糖高,常有甜味、类似麦汁味的不良风味,还容易被其他微生物污染[27]。若细菌(尤其是乳酸菌)也参与到啤酒发酵中,就能通过代谢有机酸等风味物质增加啤酒的感官复杂性,掩盖某些不良风味,同时还能降低啤酒的pH值,减少微生物污染。接种非酿酒酵母和细菌的方法有两种,一种是细菌和非酿酒酵母同时发酵;另一种是细菌预发酵,即先接种细菌,发酵一段时间后通过高温煮沸去除细菌并加入啤酒花,最后接种非酿酒酵母。使用该方法生产啤酒时,细菌不与啤酒花和酵母直接接触,因此消除了二者对细菌生长代谢的抑制,但延长了生产时间,而且高温除菌可能会影响最终产品的风味[28]。NYHAN等[29]用发酵拉钱斯氏酵母(Lachancea fermentati)菌株KBI 12.1和Cyberlindnera subsufficien菌株C6.1分别与植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)菌株FST 1.7同时发酵,与非酿酒酵母纯种发酵啤酒相比,混合发酵啤酒的pH值降低,可滴定酸度升高,乳酸水平升高。啤酒总体感官可接受性高于或类似于单独用非酿酒酵母发酵的啤酒,增加的酸度掩盖了原有的甜味和麦汁味。
2.3 固定化发酵
固定化就是用物理或化学方法将具有一定生理功能的生物细胞在特定区域进行物理限制,使其能够保留生理功能并发挥作用。与游离酵母相比,固定化酵母具有高生物负载量、可重复利用、可实现连续生产等优势。然而长期处于与其他酵母聚集生长的微环境可能影响固定化酵母原有的代谢特征,使发酵过程难以预测,固定化酵母的生理变化机制迄今尚未阐明[30]。MOHAMMADI等[31]研究了固定在废啤酒糟上的路德类酵母(Saccharomycodes ludwigii)菌株DSM 3447发酵麦汁的情况,发现原本无法代谢麦芽糖的菌株DSM3447经固定化后可消耗麦芽糖,在6.5 ℃和12 ℃条件下发酵6.5°P的麦汁可分别产生1.7%vol和2.7%vol的乙醇。固定化菌株能够消耗麦芽糖,可能是由于细胞内pH值降低导致细胞膜通透性增加,麦芽糖转运能力提高;此外,低pH也可能导致与发酵相关的酶活性增强。
综上所述,不同的发酵方式各具特色、各有利弊,表1对比了不同发酵方式的优势和劣势。
表1 非酿酒酵母不同发酵方式的优势和劣势
Table 1 Advantages and disadvantages of different fermentation methods of non-Saccharomyces
发酵方式优势劣势纯种发酵 工艺简单产品风格明显发酵性能有限可能有甜味、麦汁味等不良风味混合发酵 充分发挥不同微生物各自的优势工艺相对复杂不同微生物之间可能相互抑制固定化发酵高生物负载量可重复利用可实现连续生产成本高发酵可预测性低生理变化机制尚不明确
3 非酿酒酵母在多元化啤酒酿造中的应用
3.1 增强啤酒香气
啤酒中的挥发性风味物质有800多种,但只有少部分具有风味活性,能对啤酒的香气产生影响[27,32]。啤酒香气可以分为发酵香气、酒花香气和麦芽香气三类[33]。发酵香气是啤酒发酵过程中酵母代谢产生的挥发性酯类、高级醇等物质表现出的香气。酒花香气是添加酒花给啤酒带来的香气,主要呈味物质是酒花精油中的萜类物质,如β-月桂烯、里那醇、香叶醇等[34-35]。麦芽香气则是大麦中氨基酸和糖类的美拉德反应、酚酸的热降解、脂肪酸的热降解、氨基酸的Strecker降解等过程产生的大量含氧或含氮杂环类化合物、Strecker醛、酚类物质、挥发性硫化物和脂类氧化产物为啤酒提供的特殊香气[36-37]。图1给出了啤酒香气常见的感官描述词汇。其中,发酵香气和酒花香气会受到参与发酵的酵母种类的影响。已有大量研究表明,一些非酿酒酵母能增强啤酒的发酵香气和酒花香气。
图1 啤酒香气感官评价词汇
Fig.1 Sensory descriptors of beer aroma
3.1.1 增强啤酒发酵香气
某些非酿酒酵母合成酯类、高级醇等挥发性风味物质的能力强于酿酒酵母,能增强啤酒的发酵香气。酯类在啤酒中含量不高,但香气阈值低,是啤酒中最重要的风味活性物质,主要为啤酒提供果香味。啤酒中最重要的酯类有乙酸乙酯(水果味、溶剂味)、乙酸异戊酯(香蕉味)、乙酸异丁酯(水果味、甜味)、乙酸苯乙酯(玫瑰味、蜂蜜味)、己酸乙酯(苹果味、甜味)和辛酸乙酯(杏子味、菠萝味)。多项研究发现,德尔布有孢圆酵母增提高啤酒中酯类含量,对啤酒的果香味有突出贡献。酿酒酵母菌株US-05和德尔布有孢圆酵母菌株DiSVA254以1∶10和1∶20的接种比混合发酵时,二者存在相互作用,2种接种比分别提高了己酸乙酯和辛酸乙酯的水平,当接种比为1∶20时,啤酒的果香味特征更强[15]。酿酒酵母菌株S-04与德尔布有孢圆酵母菌株Biodiva以1∶2接种比混合发酵时,辛酸乙酯、癸酸乙酯和十二酸乙酯的含量显著增加[16]。除此之外,其他非酿酒酵母菌种也具有高产酯的特点。TAN等[38]评估了Saprochaete suaveolens菌株GEC0在麦汁中的发酵性能和产香情况,发现该菌株纯种发酵时能产生大量异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和惕各酸乙酯,与酿酒酵母纯种发酵的啤酒相比,挥发性风味物质总量增加了150%。当该菌株与酿酒酵母以3∶7的接种比混合发酵时,能生产出与标准啤酒特征(pH值、乙醇含量、可溶性固形物含量)相似的果味啤酒。BELLUT等[39]从6株塞伯林德纳氏酵母属酵母中筛选出能产生愉悦果香的Cyberlindnera subsufficiens 菌株C6.1,该菌株生产的啤酒带有梨、香蕉、芒果和百香果的香味,酯类含量达12.8 mg/L, 其中大部分为乙酸乙酯(12 mg/L)。BOURBON-MELD等[25]研究发现,季也蒙有孢汉逊酵母(Hanseniaspora guilliermondii)菌株IST315与酿酒酵母顺序接种发酵时,啤酒中的乙酸苯乙酯含量增加了8.2倍。
高级醇对啤酒的风味也有较大的影响,可以产生花香、果香和草本香气,且啤酒中含有适量的高级醇,能增加酒体的醇厚度和协调性。啤酒中最重要的高级醇包括正丙醇(酒精味、甜味)、异丁醇(溶剂味)、异戊醇(酒精味、香蕉味)和2-苯乙醇(玫瑰味)[11,27,40]。CANONICO等[21]研究了异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)纯种发酵和混合发酵时对啤酒的影响,发现异常威克汉姆酵母与酿酒酵母混合发酵会使啤酒中的乙醛减少,乙酸乙酯增加。此外,与酿酒酵母相比,异常威克汉姆酵母发酵的啤酒中正丙醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇等高级醇含量显著增加。
除酯类和高级醇类以外,非酿酒酵母还能为啤酒带来其他特殊的挥发性风味化合物。4-乙烯基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-乙基苯酚等酚类物质在大多数啤酒类型中都被认为是不良风味物质,但对于一些小麦啤酒和兰比克啤酒来说却是必不可少的风味物质,能赋予产品丁香、马厩、谷仓等特征风味。HOLT等[12]研究发现布鲁塞尔酒香酵母(Brettanomyces bruxellensis)、异型酒香酵母(Brettanomyces anomalus)与酿酒酵母混合发酵时,都能增加4-乙基愈创木酚和4-乙基苯酚的含量,德尔布有孢圆酵母与酿酒酵母混合发酵时能增加4-乙烯基愈创木酚的含量。
3.1.2 增强啤酒酒花香气
萜类化合物是啤酒酒花香气的主要来源,在酒花中有两种存在形态——游离态和糖苷结合态。游离态萜类化合物香气阈值较低,低浓度时便可给啤酒带来浓烈的酒花香,而糖苷结合态的萜类物质却是无味且不挥发的[41]。非酿酒酵母在发酵过程中可以分泌大量酶,其中β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase)能通过水解糖苷结合态萜类物质的糖苷键释放出萜类物质,增强啤酒的酒花香气[42]。HAN等[43]研究了4株高β-葡萄糖苷酶活性的非酿酒酵母在啤酒发酵中的潜力,发现光滑假丝酵母(Candida glabrata)菌株D18纯种发酵和混合发酵的麦汁中香叶醇含量分别增加了51.5倍和11倍,且混合发酵麦汁中里那醇含量增加了1.36倍,最终啤酒产品中的酒花香气增强。另外,非酿酒酵母还可以促进萜类物质之间的生物转化,从而改变酒花香气的组成,提高啤酒的香气品质[44]。KING等[17]研究发现,德尔布有孢圆酵母和乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)能将橙花醇和香叶醇转化为里那醇,还能将橙花醇和里那醇转化为α-萜品醇。此外,乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)还能将香叶醇还原成β-香茅醇。LIU等[45]评估了土星拟威尔酵母木拉克变种(Williopsis saturnus var.mrakii)菌株NCYC 500生产啤酒的潜力,与酿酒酵母US-05发酵的啤酒相比,前者发酵的啤酒中乙酸酯类含量更高,且保留了更多来源于啤酒花的萜类化合物,使最终的啤酒具有突出的酒花香气。
非酿酒酵母在增强啤酒香气方面具有广泛的应用前景。但遗憾的是,有少部分研究仅测定了非酿酒酵母发酵产物中挥发性风味化合物的含量,却缺少有力的感官评价数据佐证测定结果,还需进一步补充和拓展。
3.2 酿造无醇啤酒和低醇啤酒
随着健康教育的推广和普及,酒精对人体健康的潜在损害已成为人们的共识,这间接刺激了无酒精饮料和低酒精饮料的消费。在GB 4927—2008《啤酒》中,无醇啤酒(non-alcoholic beer,NAB)被定义为酒精度小于或等于0.5%vol,原麦汁浓度大于等于3.0°P的啤酒;低醇啤酒(low-alcohol beer, LAB)被定义为酒精度为0.6%vol～2.5%vol的啤酒。生产NAB和LAB的方法可分为物理法和生物法两大类。物理法的原理是将乙醇从成品啤酒中分离出来,包括精馏、薄层蒸发、降膜蒸发等热处理技术,透析、反渗透等膜技术,以及溶剂萃取、超临界二氧化碳萃取等萃取技术[10,46]。目前,热处理是无醇啤酒工业化生产最常用的方法,具有可以完全除去啤酒中的乙醇、自动化程度高等优势[47]。但是热处理过程中,啤酒中的部分挥发性香气成分会随乙醇一同蒸发,热处理后的啤酒还会产生类似土豆的风味,从而影响啤酒的感官品质[48]。生物法的原理是限制乙醇的生成,包括利用高温、膜技术除去麦汁中的酵母以中止发酵,利用低温抑制酵母代谢减少乙醇生成,以及使用特殊酵母发酵[48]。大多数非酿酒酵母只能代谢麦汁中的单糖,却不能代谢或者只能部分代谢麦芽糖和麦芽三糖,因此产乙醇能力较弱,具有生产NAB和LAB的潜力。此外,非酿酒酵母可直接应用于工业化生产,无需额外的设备投入,显著降低了生产成本。
路德类酵母(Saccharomycodes ludwigii)是已经商业化应用的非酿酒酵母,主要用于酿造NAB和LAB。刘杨等[13]用路德类酵母菌株CICC 32498发酵8.11°P的麦汁,获得了酒精度为0.47%vol的啤酒,与市售脱醇法制得的无醇啤酒相比,酯类较少(1.9 mg/L),高级醇含量相当(39 mg/L),口感相近,但缺少泡沫和杀口感,香气较弱。为了获得更好的啤酒风味和口感,越来越多的其他非酿酒酵母菌种开始受到关注。BELLUT等[14]采用从康普茶中分离到的酵母来发酵6.6°P的麦汁,其中法尔皮有孢汉逊酵母(Hanseniaspora valbyensis)菌株KBI 22.1和葡萄酒有孢汉逊酵母(Hanseniaspora vineae)菌株 KBI 7.1分别产生0.35%vol和0.34%vol的乙醇,且发酵过程中酵母的细胞数量和存活率均优于对照菌株路德类酵母 TUM SL 17。METHNER等[49]评估了15 种不同酵母菌株生产新型风味无醇啤酒的适用性,其中3株土星形塞伯林德纳氏酵母(Cyberlindnera saturnus)生产乙醇的范围是0.28%vol～0.46%vol,感官评分高于其他菌株,具有薄荷糖、梨、香蕉的独特香气。DE等[9]用嗜冷酵母(Mrakia gelida)菌株DBVPG 5952生产低醇啤酒,在原麦汁浓度11.5 °P、温度10 ℃条件下发酵,得到低乙醇含量(1.40%vol)、低双乙酰含量(5.04 μg/L)的啤酒,与商业菌株路德类酵母WSL 17酿造的啤酒相比,前者具有更好的感官品质。如今,可用于生产NAB和LAB的非酿酒酵母菌株越来越丰富,生产工艺也日渐成熟。下一阶段,如何让非酿酒酵母生产的NAB和LAB更接近普通啤酒的风味和口感或将成为科研工作者的主要研究方向之一。
3.3 酿造酸啤酒
酸啤酒是近年来非常受欢迎的啤酒类型,其有机酸含量高,pH值低,通常具有明显的酸味[50-51]。生产酸啤酒的传统方法有2种,一种是用产酸细菌和酵母混合发酵,另一种是在啤酒中外源添加有机酸或含有机酸的辅料。近年来研究发现,某些非酿酒酵母也能产有机酸,且产酸能力比细菌低,得到的啤酒酸味更柔和。OSBURN等[19]发现葡萄酒有孢汉逊酵母(Hanseniaspora vineae)、发酵拉钱斯氏酵母(Lachancea fermentati)、耐热拉钱氏酵母(Lachancea thermotolerans)、异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)菌株在麦汁发酵过程中能通过异型乳酸发酵产生乳酸和乙醇,可作为乳酸菌的替代菌种生产酸啤酒。之后又有多项研究证实了拉钱氏酵母属用于生产酸啤酒的巨大潜力。BELLUT等[52]使用发酵拉钱斯氏酵母(Lachancea fermentati)菌株KBI 12.1发酵低浓度麦汁(6.6 °P),得到了乳酸含量1.3 g/L,乙醇含量2.21 %vol的低醇酸啤酒。ZDANIEWICZ等[20]和CANONICO等[21]用耐热拉钱氏酵母(Lachancea thermotolerans)酿造啤酒,最终产品中乳酸含量可达 1.83 g/L,同时该酵母还能提高酒体中的甘油含量以改善啤酒口感、提高挥发性香气成分丁酸乙酯和乙酸乙酯的含量以提升啤酒的香气品质。
3.4 酿造功能性啤酒
功能性啤酒是指在酿造过程中通过增加或减少某些成分使产品带有特定功能的啤酒,符合当今人们关注健康和重视养生的消费趋势,具有广阔的发展前景[4,53]。BORO等[54]从印度传统大米啤酒发酵剂emao中筛选出伯顿丝孢毕赤酵母(Hyphopichia burtonii)菌株Hbur-FI38和Hbur-FI44,这2个菌株不仅同时具备糖化和发酵能力,而且与传统发酵剂emao相比,由它们生产的啤酒都具有较高的抗坏血酸、苯酚含量和抗氧化性能,感官品质也有所改善。褪黑素是一种调节睡眠周期、昼夜节律和季节节律的激素,具有强大的神经内分泌免疫调节活性和抗氧化活性。POSTIGO等[18]研究了来源于马德里的8株非酿酒酵母的功能性,发现葡萄酒有孢汉逊酵母(Hanseniaspora vineae)菌株CLI 3、法尔皮有孢汉逊酵母(Hanseniaspora valbyensis) 菌株CLI 194、德尔布有孢圆酵母菌株CLI 902、德尔布有孢圆酵母菌株7A-3A发酵的啤酒中,褪黑素含量(33.63～66.57 ng/mL)高于对照酿酒酵母菌株S-04(20.41 ng/mL),可用于生产功能性啤酒。目前,非酿酒酵母的功能性评价还处于起步阶段,仍需更深入的研究以确定其实际功效。
综上所述,非酿酒酵母种类多样,具有酿造多种啤酒的潜力。表2汇总了不同非酿酒酵母的特性及在啤酒酿造中的应用。
表2 非酿酒酵母的发酵特性及在啤酒酿造中的应用
Table 2 Fermentation characteristics of non-Saccharomyces and their applications in brewing
非酿酒酵母发酵特性应用参考文献异型酒香酵母(Brettanomyces anomalus)与酿酒酵母混合发酵高产4-乙基愈创木酚和4-乙基苯酚增强啤酒香气[12]布鲁塞尔酒香酵母(Brettanomyces bruxellensis)与酿酒酵母混合发酵高产4-乙基愈创木酚和4-乙基苯酚增强啤酒香气[12]光滑假丝酵母(Candida glabrata)增加香叶醇含量;与酿酒酵母混合发酵增加香叶醇和里那醇含量增强啤酒香气[43]土星形塞伯林德纳氏酵母(Cyberlindnera saturnus)低产乙醇生产无醇啤酒[49]伯顿丝孢毕赤酵母(Hyphopichia burtonii)高产抗坏血酸、苯酚生产功能性啤酒[54]季也蒙有孢汉逊酵母(Hanseniaspora guilliermondii)与酿酒酵母混合发酵高产乙酸苯乙酯增强啤酒香气[25]法尔皮有孢汉逊酵母(Hanseniaspora valbyensis)低产乙醇;高产褪黑素生产无醇啤酒和功能性啤酒[14,18]葡萄酒有孢汉逊酵母(Hanseniaspora vineae)高产乳酸;低产乙醇;高产褪黑素生产酸啤酒和无醇啤酒生产功能性啤酒[14,18-19]乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)生物转化萜类物质增强啤酒香气[17]发酵拉钱斯氏酵母(Lachancea fermentati)高产乳酸;低产乙醇生产酸啤酒和低醇啤酒[19,52]耐热拉钱氏酵母(Lachancea thermotolerans)高产乳酸生产酸啤酒[19-21]路德类酵母(Saccharomycodes ludwigii)低产乙醇生产无醇啤酒[9,13-14]德尔布有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)与酿酒酵母混合发酵高产4-乙烯基愈创木酚、乙酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和十二酸乙酯;生物转化萜类物质;高产褪黑素增强啤酒香气生产功能性啤酒[12,15-18]异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)高产高级醇;与酿酒酵母混合发酵高产乙酸乙酯;高产乳酸增强啤酒香气;生产酸啤酒[19,21]土星拟威尔酵母木拉克变种(Williopsis saturnus var.mrakii)高产乙酸酯,保留萜类化合物增强啤酒香气[45]Cyberlindnera subsufficiens高产酯类(尤其是乙酸乙酯)增强啤酒香气[39]Mrakia gelida低产乙醇生产低醇啤酒[9]Saprochaete suaveolens高产3-甲基丁酸乙酯、异戊醇、2-甲基丁酸乙酯、惕各酸乙酯增强啤酒香气[38]
4 展望
在啤酒体系中,风味活性化合物的形成严格依赖于酵母菌株。因此,啤酒生产中酵母菌株的选择对于获得具有理想和独特感官品质的产品至关重要。用非酿酒酵母酿造的啤酒感官品质突出,风格多元,解决了因长期使用酵母属带来的啤酒口感和风味单一的问题,因而具有巨大的应用潜力和很可能超出人们预期的发展前景。然而不得不承认,目前在非酿酒酵母研究和开发中仍存在亟待解决的几个问题。首先,非酿酒酵母多为未经长期驯化的野生型菌株,发酵性能在传代过程中会发生难以预料的变化,这可能会影响到最终啤酒产品的稳定性。其次,非酿酒酵母安全性方面的研究还处于起步阶段,许多非酿酒酵母菌株的致病性和耐药性尚不明确。因此,今后需要在继续推进优质非酿酒酵母菌种筛选的同时,加强优质酵母菌株的驯化工作。此外,积极完善非酿酒酵母安全性评价体系也同样不可忽视。只有这样才能不断开发出能用于工业化生产的非酿酒酵母新菌株,持续创新啤酒品类,提供更多为消费者所喜爱的啤酒风格。
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