高稀释率啤酒风味柔和性与协调性研究——体系氢键的初步研究

摘要

本论文从含醇体系的缔合氢键角度出发，初步探讨氢键缔合机理、影响成品啤酒氢键缔合因素、氢键缔合强度与啤酒口感和酿造工艺的关系。用Gaussian03软件进行量子化学分析，得到稳定的模拟构型。通过红外光谱分析初步推断体积浓度为3.3%、4.5%、60%的乙醇-水溶液中存在某种稳定构型。研究了乙醇溶液的粘度和偏摩尔体积，结合质子化学位移可知:乙醇体积浓度为0-60%时，氢键缔合强度逐渐增大；大于60%时，氢键缔合强度逐渐减弱；60%左右达到最大，此时乙醇与水的摩尔比接近1:2。
　　 核磁共振(NMR)适合测定啤酒体系中的缔合氢键，NMR实验误差在0.002 ppm左右，化学位移每改变0.005-0.009 ppm可反映1%乙醇浓度变化。啤酒酒精度一般小于5%，其质子化学位移在4.896-4.935 ppm之间。啤酒体系氢键主要是由乙醇和水的羟基形成，其它物质对乙醇-水的羟基质子化学位移有-23%～-40%的影响。
　　 通过Plackett-Burman实验研究温度、pH、有机酸、醇酯、盐类等因素对乙醇-水体系氢键的影响。随着温度的增大，质子化学位移逐渐减小，pH对氢键缔合的影响不明显。有机酸与氢键的相关性排序:苹果酸、乳酸、丙酮酸、乙酸、酒石酸、柠檬酸、琥珀酸，决定系数R2为95.93%，前三个因素的可信度在80%左右；高级醇酯相关性排序:异丁醇、2-苯乙醇、乙酸乙酯、正丙醇、乙酸异戊酯、异戊醇，决定系数R2为89.09%，前三个因素的可信度在80%左右；盐类相关性排序:KCl、NaCl、MgSO4、MgCl2、Na2SO4、K2SO4、CaCl2，决定系数R2为97，91%，前三个因素的可信度在85%左右。
　　 对市购的35种成品啤酒的25项主要指标进行分析，酒精度与啤酒中氢键缔合强度的相关系数为0.629，是主要影响因素；原浓、异丁醇、氯离子、钾离子、丙酮酸、乳酸与氢键缔合有一定正相关性；而硫酸根、钠离子与氢键缔合成负相关性。由主成分分析和回归分析知，醇类是影响啤酒氢键缔合的最重要因素，通过多元非线性回归分析建立氢键缔合模型:氢键缔合强度(化学位移)=4.916+0.003[E]-0.005[P]+5.031E-8[K2]+1.558E-5[K×P]+2.369E-5[E2P]-2.207E-5[P3]+2.244E-8[K3]-5.947E-7[K2P]-2.037E-5[E2K]+4.276E-6[P2K]。决定系数R2为0.736，P值0.001，方程极其显著，能较好反应自变量与氢键缔合强度的相互关系。经验证，模型预测值和实际测定值的误差范围在-3.06～0.60%之间，证明该多元非线性回归模型基本能拟合啤酒中氢键缔合情况。啤酒醇厚性与氢键缔合强度之间存在正向线性关系，啤酒酸感与氢键缔合强度之间存在曲线关系。
　　 相同原麦汁浓度的原浓酿造酒比稀释酒的羟基质子化学位移偏高，原浓酒中醇酯、有机酸含量均比稀释酒高。随着稀释率的增大，啤酒体系的氢键缔合程度和风味物质含量均降低。13°P高浓酒基稀释至8°P时为较佳稀释工艺，较佳稀释率为63%。啤酒水化过程中，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，水化14 h左右达到极点。通过品评实验可知:水化过程中氧键缔合强度的变化基本能反映啤酒风味口感的好坏，确定稀释率为63%的8°P啤酒较佳水化时间为14 h。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 概述

1.1.2 水分子缔合及醇的影响

1.1.3 氢键概论

1.2 国内外研究进展

1.2.1 氢键测定方法

1.2.2 酒类氢键的理论研究

1.2.3 啤酒中风味物质的研究

1.3 立题依据及意义

1.4 主要研究内容

第二章 材料与方法

2.1 主要材料

2.2 主要试剂

2.3 主要仪器

2.4 主要实验及分析方法

2.4.1 主要实验及数据分析方法

2.4.2 主要分析方法

第三章 结果与讨论

3.1 乙醇—水缔合机理的初步研究

3.1.1 微观角度分析

3.1.2 宏观角度分析

3.2 醇水溶液中氢键缔合强度的研究

3.2.1 羟基质子表征氢键缔合强度的确定

3.2.2 NMR实验数据的有效性

3.3 影响醇—水缔合的因素

3.3.1 温度对醇—水氢键的影响

3.3.2 pH对醇—水氢键的影响

3.3.3 有机酸对醇—水氢键的影响

3.3.4 醇酯对醇—水氧键的影响

3.3.5 盐类对醇水氢键的影响

3.4 供试啤酒的指标分析

3.5 相关性分析

3.5.1 醇酯与质子化学位移的相关性

3.5.2 无机离子与质子化学位移的相关性

3.5.3 有机酸与质子化学位移的相关性

3.6 主成分分析

3.7 回归分析

3.7.1 主成分—回归分析

3.7.2 多元回归分析

3.7.3 回归模型的验证

3.8 风味与啤酒体系氢键缔合的关系

3.9 原浓酿造啤酒与高浓稀释啤酒的1 H—NMR及风味物质含量分析

3.10 稀释率与啤酒体系氢键的关系

3.10.1 同一度数酒基稀释成不同度数的啤酒

3.10.2 不同度数酒基稀释成同一度数的啤酒

3.10.3 不同稀释率啤酒的品评

3.11 水化时间与啤酒体系氢键的关系

主要结论与展望

主要结论

展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文