基于小米的啤酒发酵过程及其产生的挥发性化合物的研究 凯瑟琳·A·汤普森-威特里克（Katherine A. Thompson-Witrick）、 丹妮尔·尤阿博夫（Danielle Yuabov）、 莉亚·罗斯（Leah Rose）、 凯特琳·克罗斯科（Kaitlinne Crosco）、 雷根·维雷斯皮（Regan Verespie）、 卢克·弗格森（Luke Ferguson）、 林赛·贝尔（Lindsey Bell）和 德鲁·布德纳（Drew Budner）

《Beverages》：Investigation of Millet-Based Beer Fermentation and the Volatile Compounds Formed Katherine A. Thompson-Witrick, Danielle Yuabov, Leah Rose, Kaitlinne Crosco, Regan Verespie, Luke Ferguson, Lindsey Bell and Drew Budner

　　摘要：无麸质产品的生产持续增加，包括啤酒。这一趋势既反映了消费者对食物敏感性的关注，也体现了个人偏好。用无麸质谷物酿造的啤酒具有独特的风味，与传统大麦啤酒大不相同。最近，由于大规模使用小米进行麦芽化处理，用小米酿造无麸质啤酒的情况有所增加。本项目的目标是研究小米啤酒香气的化学成分。本研究将小米啤酒的发酵过程与高粱啤酒和大麦啤酒进行了比较，并探讨了常见酵母菌株对小米啤酒发酵的影响。所有啤酒样品都定期监测了pH值、比重、总可滴定酸度、总多酚含量和游离氨基氮含量。此外，还采用固相微萃取（SPME）技术对香气进行了分析，并通过气相色谱-质谱（GC-MS）技术对化合物进行了分离、鉴定和定量。分析结果显示，虽然生产出了可接受的产品，但仍需进一步优化酿造条件。另外，发现小米啤酒中的总挥发性化合物含量与使用大麦麦芽酿造的啤酒有显著差异。

1. 引言
发酵是人类最古老的保存技术之一；没有这种工艺，啤酒就无法存在。人类饮用啤酒的历史已超过8000年[1]，使其成为最广泛消费的酒精饮料之一[1]。啤酒由四种简单成分制成：水、啤酒花、酵母和麦芽（传统上使用大麦[2]）。不幸的是，大麦麦芽和其他谷物（小麦、小黑麦和黑麦）含有蛋白质麸质[3]，这可能对患有自身免疫性疾病——乳糜泻的患者造成肠道损伤[4]。管理这种疾病的唯一方法是遵循无麸质饮食[1,5]。为了生产无麸质啤酒，酿酒师需要使用小米、高粱和荞麦等无麸质谷物[6]。据估计，2024年无麸质啤酒市场的规模达到了约102亿美元[7]。

小米是酿酒师越来越关注的替代谷物之一[8]，因其高营养价值而受到重视，这体现在其膳食纤维、蛋白质含量、淀粉组成和矿物质浓度上[9]。联合国（UN）也将小米列为对粮食安全具有全球重要性的作物，这一认定反映了其营养价值和农业适应性[10]。小米具有很强的耐热性和耐旱性，能够在包括印度、非洲和亚洲在内的多种生长条件下大量生产[11]。与其他许多主粮不同，小米也能在贫瘠或退化的土壤中良好生长[11]。2024/2025年度的小米全球产量约为29公吨，比上一年减少了3%[12]。随着联合国粮食及农业组织（FAO）推动基于证据的合作伙伴关系以扩大市场、改善价值链并提高农民采用率，人们对小米的兴趣正在加速[13]。虽然小米一直是一种稳定的作物，但在东非，它也是酒精发酵的主要原料[14]。小米被用来替代高粱和大麦麦芽来酿造非洲手工啤酒[15,16,17]，这种啤酒传统上被称为“不透明啤酒”[15,16]。最常用的小米品种是手指小米（Eleusine coracana L. Gaertn）和珍珠小米（Pennisetum glaucum L.）[15]。小米重要性的提升也体现在饮料创新上，世界各地的手工啤酒厂将小米和高粱融入无麸质啤酒中，将传统酿造工艺融入不断发展的手工啤酒潮流[18]。在美国，手工啤酒制造商越来越多地尝试使用小米来酿造无麸质和本地采购的啤酒，呼应了全球扩大酿造原料多样性的趋势[18]。

对使用替代谷物（如小米）生产的新款和改进型无麸质啤酒的需求持续增长[19,20]。这包括像小米这样的热带谷物[21]。虽然使用传统原料（如大麦麦芽）酿造啤酒的技术已经成熟，但关于小米等替代谷物的信息较少。进一步研究这些替代谷物对于提高无麸质啤酒的整体质量和风味至关重要。已有研究探讨了小米用于酿造欧洲风格拉格啤酒的潜力，结果显示，与需要更长时间过滤的高粱不同，小米过滤速度更快，且泡沫性能更好[22]。

啤酒是最古老的发酵饮料之一，至今仍在全球范围内消费。由于其发酵过程中发生的众多代谢和化学反应，啤酒也是最复杂的饮料之一[23]。本研究旨在实现两个研究目标：（1）研究小米的发酵性能以及所酿造啤酒的质量；（2）研究四种常见酵母菌株对挥发性化合物的影响。

2. 材料与方法
2.1. 化学试剂
所有化学品均购买最高纯度的产品，无需进一步处理或纯化。氯化钠（NaCl）购自BDH（美国宾夕法尼亚州Radnar）。乙基己酸酯、2-庚醇和愈创木酚购自TCI（日本东京）。碘酸钾、 ninhydrin、乙基丁酸酯、丁酸丁酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯、1-辛醇、壬醛、辛酸乙酯和癸酸乙酯购自Alfa Aesar（美国马萨诸塞州Haverhill）。柠檬酸铁铵、氢氧化铵（28–30% NH3）、磷酸二氢钾、磷酸一钾、果糖和95%乙醇购自VWR（美国俄亥俄州Solon）。氢氧化钠（NaOH）以颗粒形式购自Fisher Scientific（美国新泽西州Fair Lawn）。羧甲基纤维素钠盐购自Spectrum Chemical MFG Corp.（美国新泽西州New Brunswick）。乙二胺四乙酸（EDTA）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州St Louis）。甘氨酸购自EMD Chemical Inc.（美国新泽西州Gibbstown）。

2.2. 酵母
本研究使用了四种商业啤酒酵母菌株，以代表不同的啤酒风格：Safe-Ale US-05（美国艾尔啤酒）、Wyeast 1098（英国艾尔啤酒）、Wyeast 1010（美国小麦啤酒）和Wyeast 1214（比利时修道院啤酒）。所有酵母均以干粉形式购买，每批添加2克，无需扩增。在接种前未进行酵母细胞计数或活力评估。这四种酵母菌株的选择基于它们在商业上常见的啤酒风格中的应用。表1列出了每种酵母的特性，包括其絮凝能力、酯类生成能力以及常用啤酒风格示例。表1中的“酵母絮凝能力”指的是酵母聚集形成多细胞团块并最终从麦汁中沉淀的能力[25]。制造商根据这一能力分为三个等级：低、中、高。高絮凝能力的酵母容易沉淀，但可能会在最终啤酒中留下未发酵的糖分和风味副产物（如二乙酰）。中等絮凝能力的酵母在悬浮状态下停留时间较长，但在可发酵糖分大部分消耗后仍会沉淀，从而产生更清澈的啤酒[25]。低絮凝能力的酵母即使在发酵后仍会留在悬浮液中，导致啤酒外观浑浊或结晶度较低，这类酵母常用于小麦啤酒[25]。

2.3. 酿造
小规模实验酿造：每种实验啤酒使用约38升（10加仑）的Worthog电动酿造系统（美国俄克拉荷马州Tulsa）进行酿造，其中使用了6.3公斤淡色小米麦芽（Grouse Malting & Roasting Co., 科罗拉多州Wellington），该麦芽通过Barley Crusher Malt磨机进行研磨至适度破碎。将麦芽与15升85°C的去离子水混合。在糖化过程中加入6毫升Termamyl SC DS Thermo-Stable Amylase酶（Novonesis, 威斯康星州Wausau），并保持温度45分钟；随后将温度降至77°C，再加入6毫升SEBAmyl L Endo-Alpha Amylase酶（Novonesis, 威斯康星州Wausau），并继续保持温度45分钟。冲泡过程中再加入7.6升水。麦汁煮沸60分钟后冷却至40°C，然后转移到无菌的3.8升发酵罐中。发酵过程重复三次，每次将3升麦汁分别转移到密封的发酵罐中。每个发酵罐中接种2克酵母（n = 3）。啤酒在室温（22°C）下发酵两周。在0天、7天和14天时取样。样品在分析前储存在4°C。

2.4. 化学分析
2.4.1. 折射率（°Plato）
啤酒的折射率（°Plato）使用校准过的手持折射仪测量。

2.4.2. 总酸度（TA）
总酸度按照美国酿酒化学家协会（ASBC）推荐的Beer-8方法测定[26]。首先使用校准过的pH计测量样品的初始pH值，然后用0.1 M氢氧化钠将溶液滴定至pH 8.20。

2.4.3. pH值
pH值按照美国酿酒化学家协会（ASBC）推荐的Beer-9方法测定，该方法使用两点校准曲线（pH 4和7）[27]。

2.4.4. 颜色
颜色按照美国酿酒化学家协会（ASBC）推荐的Beer-10方法测定[28]。将啤酒放入1厘米比色皿中，在430纳米处测量吸光度。

2.4.5. 游离氨基氮（FAN）
游离氨基氮按照美国酿酒化学家协会（ASBC）推荐的Beer-31方法测定[29]。该方法在碘酸钾存在下使氮与ninhydrin反应生成有色溶液，然后在570纳米处测量吸光度。

2.4.6. 总多酚
总多酚按照美国酿酒化学家协会（ASBC）推荐的Beer-35方法测定[30]。样品中的多酚与碱性溶液中的铁离子反应生成红色物质，该颜色在600纳米处测量。

2.5. 气相色谱分析
2.5.1. 挥发性有机化合物提取
使用气相色谱-质谱（GC-MS）分析啤酒样品中的挥发性成分。采用顶空固相微萃取（HS-SPME）技术进行提取和浓缩。选择50/30 μm Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane（DVB/Carboxen/PDMS）纤维（Supelco, 美国宾夕法尼亚州Bellefonte）作为萃取剂，因为它能吸附啤酒中的多种有机化合物。将10毫升啤酒样品加入密封的顶空小瓶中，加入内标溶液（2-庚醇200 mg L?1和愈创木酚100 mg L?1溶解在乙醇中）及3克NaCl以促进挥发。小瓶在40°C下平衡10分钟后，将纤维在相同温度下暴露30分钟，同时以300转/分钟的速度搅拌。提取完成后，纤维直接转移到GC-MS仪器中进行分析。

2.5.2. 挥发性有机化合物分析
使用气相色谱-质谱（GC-MS）鉴定对照组和实验组啤酒样品中的挥发性化合物。分析设备为Shimadzu 2010 Plus系列GC，配备QP2010 SE质量选择检测器（Shimadzu Scientific Instruments, 美国哥伦比亚）。样品通过分流模式引入色谱仪；注射器温度设定为250°C，挥发性化合物在2分钟内从纤维上脱附。分离使用非极性DB5-MS柱（30 m × 0.25 mm ID × 0.25 μm膜），载气为氦气，流速为1.0 mL min?1（线速度35.7 cm s?1）。柱温程序从30°C开始（保持2分钟），然后以10°C/min的速度升至70°C（保持1分钟），再升至220°C（保持4分钟），最后以20°C/min的速度升至270°C（保持6分钟）。MSD在200°C下运行，扫描了m/z 35到500之间的离子。通过将测得的线性保留指数（LRIs）与纯化合物标准品以及Wiley 2014质谱库中的碎片光谱进行比较来鉴定峰[20]。2.5.3. 鉴定：挥发性化合物根据其LRI值使用非极性（Rxi-5Sil）柱（30 m × 0.25 mm内径，0.25 μm膜；J&W，Folsom，CA，美国）进行鉴定。LRI值使用以下公式计算（2）。然后将LRI值与文献值进行比较。脂肪烃标准品也以相同的方式使用Rxi-5Sil柱进行RI计算：?????=100 (????(??????????????????????????(??)?????(??)??????(??)+??) （1），其中线性保留指数n是紧接在分析物之前的n-烷烃的碳原子数，N是紧接在分析物之后的n-烷烃的原子数，t是保留时间[31,32]。2.5.4. 化合物响应：每个鉴定出的化合物的GC-MS峰面积都相对于每个色谱图中内标2-庚醇的峰面积进行了归一化。这种相对响应被汇编用于统计分析。2.5.5. 化合物定量：选择了九种在麦芽和麦芽高粱酿造的啤酒中以统计学上不同量存在的化合物进行定量（表2）[20]。这些化合物（乙酸丁酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯（己酸）、辛酸乙酯、壬酸乙酯（辛酸）、癸酸乙酯（癸酸））通过评估一组线性校准标准品来计算响应因子进行定量。表2. 关键化合物及其气味描述符和阈值。2.6. 统计分析：统计分析使用开源软件R Version 4.3.3进行，包括tidyverse软件包套件。由于强烈的右偏态，相对响应在所有重复实验中取平均值，并使用以10为底的对数进行转换。为了探索美国艾尔啤酒不同谷物之间的相对面积差异，在确保满足正态性和方差相等的前提条件下进行了单因素ANOVA。使用效应量??2和事后95% Tukey HSD置信区间来理解存在的差异大小。同样，为了了解酵母对相对面积的影响，进行了包含酵母和谷物及其交互作用的双因素ANOVA。酵母和谷物的主要效应及其交互作用的效应量报告为??2????????????????????。3. 结果与讨论：这项关于小米啤酒的研究旨在实现两个研究目标：（1）研究小米的发酵性以及所生产啤酒的质量；（2）研究四种常见酵母菌株对产生的挥发性化合物的影响。测量常见啤酒特性对于确定无麸质啤酒的物理特性与使用麦芽大麦传统酿造的啤酒相比如何非常重要。为了专注于发酵性，使用美国艾尔酵母进行了一系列酿造实验。表3显示了使用小米和美国艾尔酵母酿造的啤酒的物理特性。测量的特性包括密度（°Plato）、pH值、计算酒精含量（ABV%）、总酸度、总多酚、游离氨基氮和颜色。表3. 使用美国艾尔酵母酿造的小米啤酒的常见酿造测量值。3.1. pH值：在酿造行业中，测量pH值是为了在整个酿造过程中监控发酵过程[36]。由于测量简单，pH值测量被广泛使用。这种简单的pH值测量对于确保食品安全非常重要[37]。众所周知，在发酵过程的早期阶段，由于酵母创造了不利于其他微生物的环境，wort的pH值会迅速下降；然而，随着发酵过程的继续，pH值的下降会放缓[38,39]。如表3所示，wort的pH值最初较高，但在发酵七天后迅速下降，在发酵的最后七天，pH值的下降非常微小或几乎没有下降。本实验中生产的啤酒的pH值低于传统啤酒的可接受范围（4.1–4.5）[2]，也低于其他啤酒[3,40]。像比利时兰比克啤酒这样的酸啤酒通常pH值在3.2到3.6之间[41]；然而，这种啤酒的pH值约为3.99（0.36）。需要注意的是，这项研究主要关注小米的发酵性，没有对酿造用水、wort或啤酒花添加物进行pH调整。因此，虽然这些啤酒的pH值超出了可接受范围，但优化酿造条件应该能够得到传统啤酒中的值。3.2. 提取物：折射率衍生的提取物估计值在发酵前、发酵中和发酵后作为密度进行测量，并以°Plato表示，如表3所示。酵母产生的酒精被认为是发酵过程中最重要的生化反应[8]。折射率衍生的提取物估计值随时间的变化表明，酵母能够将可发酵的糖转化为乙醇。酒精是根据起始比重和最终比重计算的。根据每消耗1克糖产生0.51克乙醇的理论产量[42]，理论酒精范围应该在ABV% 4.8到5.8%之间。产生的酒精浓度也是发酵底物适用性和所用酵母菌株的指标[8]。Agu（1995）[22]之前的一项研究比较了小米、高粱和麦芽大麦。该研究表明，尽管这三种谷物的初始比重都约为1.042，但小米的总体比重降低最少，因此产生的酒精量最少：3.23 ABV% 对比高粱3.92 ABV% 和麦芽大麦4.63 ABV% [22]。Agu将小米较低的酒精产量归因于籽粒大小的影响；然而，初始wort比重的相似性表明，影响发酵性的因素而不是提取物生成可能是导致酒精产量差异的原因[22]。3.3. 总酸度（TA）：与测量氢离子（H+）的pH值不同，总酸度（TA）测量了基质中的所有酸[36]。虽然FDA使用pH值作为安全测量指标[43]，但TA是更好的味道指标[36]。如表3所示，TA在发酵过程的开始、中间和结束时进行了测量。这表明在发酵过程中TA会下降，因为酵母开始产生各种有机酸。在发酵过程中，酵母会产生少量的乙酸和其他有机酸（柠檬酸、苹果酸、富马酸、琥珀酸、乳酸和甲酸）；这些酸在啤酒中的浓度可能会有很大差异[44,45,46]。这些不同有机酸的分布和浓度将影响最终的风味。总酸度与其他小米啤酒相当[40,47]。3.4. 总多酚含量（TPC）：啤酒含有高浓度的多酚。啤酒中的多酚主要来自啤酒花（20–30%）和谷物（70–80%）[48,49,50]。多酚的组成和类型是酿造过程的质量指标[6]，影响啤酒的味道、香气、颜色、泡沫稳定性和保质期[48]。啤酒中的主要多酚组是酚酸、单宁和黄酮醇[51]。TPC确定为162 mg/L没食子酸当量。这些结果与Vyawhare等人（2025）的研究相似，他们研究了小米添加剂与麦芽大麦的差异[52]。3.5. 游离氨基氮（FAN）：游离氨基氮被酵母用于多种代谢过程，如细胞生长、修复、复制以及发酵过程[53]。FAN水平经常被用作健康酵母生长、活力、整体发酵以及最终啤酒的整体质量和稳定性的预测指标[54]。FAN水平因批次而异[39,55]。为了实现满意的发酵，wort必须至少含有130 mg/L的FAN，而酵母所需的最低范围在100到140 mg/L之间[39,55]。理想的FAN范围在200–250 mg/L[39,55]。表3中显示的FAN浓度高于推荐的最低限制[39,55]。本研究的结果高于Sebestyén等人（2013）的136 mg/L[3]。应该注意的是，他们的研究未能达到超过140 mg/L的预期结果，可能是由于降解的exoproteases和exopeptidases受到抑制[3]。Eneje等人（2001）[21]和Zarnkow等人（2010）[56]的发现与我们的结果更接近，范围在146到158 mg/L之间。略低的FAN水平可能导致发酵速率降低或酯类形成减少，但仍可能产生成功的啤酒[57]。预计FAN水平在发酵过程后会下降。然而，观察到这些啤酒是浑浊的，即使在发酵结束时仍然浑浊，它们可以通过0.45 μm过滤器。在像小米和高粱这样的替代谷物啤酒的生产中，浑浊或不透明的啤酒很常见[22]。这些啤酒的浑浊或“雾度”也可能与蛋白质-多酚相互作用有关[58]。这种浑浊可能允许在发酵过程中引入更多的氮，导致FAN没有如预期那样减少，但观察到了轻微的增加。也可能是因为这种浑浊人为地增加了分析方法中的吸光度值。无论如何，小米含有足够的FAN来支持发酵。3.6. 颜色：啤酒的颜色范围从5（wort）到10（最终啤酒）SRM。这与常用的淡色小米麦芽和目标啤酒风格一致。颜色主要由所使用的麦芽类型决定。这里选择了淡色小米，以便专注于谷物本身的影响，而不受强烈麦芽处理的影响。测量的颜色比使用淡色大麦或高粱时更深，但与之前的研究一致[22,59]。这也可能是因为小米的单宁浓度高于麦芽大麦[22]。观察到的颜色值也可能由于样品过滤时未捕获的超细颗粒而增加。3.7. 挥发性成分：啤酒是一种复杂的饮料，传统上只使用四种成分制成：水、麦芽谷物（传统上是大麦）、啤酒花和酵母[20]。发酵过程中产生的挥发性化合物来自所选的酵母菌株、wort组成和酿造过程[60]。使用气相色谱-质谱（GC-MS）检测和定量这些化合物是预测啤酒风味和香气特征的成熟方法[31]。啤酒的风味来源于挥发性、半挥发性和非挥发性化合物及其相互作用。啤酒由数百种挥发性和半挥发性化合物组成，这些化合物最终会影响啤酒的味道和香气[61]。多年来，特别是关于确定挥发性和半挥发性成分方面，已经对使用麦芽大麦酿造的啤酒的感官特性进行了彻底研究[62,63]。3.7.1. 小米啤酒的挥发性成分特征：啤酒由来自不同有机组的挥发性化合物组成，如高级醇（fusel）、酸、酯等。使用美国艾尔酵母酿造的小米啤酒的挥发性芳香特性进行了分析，结果总结在表4中。挥发性化合物根据其有机组进行分组。表4. 使用美国艾尔酵母发酵的小米啤酒的挥发性成分。本研究中的含量由相对于2-庚醇内标的色谱面积表示。高级（杂醇）是另一类有机化合物，研究表明在啤酒的芳香成分中起着重要作用，但其含量不超过300毫克/升[65]。高级醇含量过高会负面影响啤酒的香气，可能带来类似溶剂的味道。本研究鉴定出的高级醇与Yang等人（2025年）[9]的研究结果相似。然而，本研究鉴定出了11种高级醇，而他们只鉴定出了6种。需要注意的是，之前的研究主要使用小米作为酿造辅助原料，而本研究则完全使用小米作为原料。与乙醇相比，啤酒中的酯类物质含量极低[62]。尽管如此，酯类物质对啤酒的整体接受度具有重要影响，因为它们对最终产品的香气有显著作用。这是因为酯类的气味阈值较低[66,67]，而其他有机化合物（如酸类）的气味阈值较高[66]。然而，酯类物质含量过高可能被视为啤酒的缺陷。与Yang等人（2025年）[9]的研究类似，本研究也发现了类似的酯类化合物（乙酸乙酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯），但鉴定出的酯类化合物数量更多。这可能是由于本研究使用了麦芽化的小米以及不同的酵母菌株。

美国艾尔酵母是一种多用途的酵母菌株，可用于多种风格的啤酒，包括美国淡色艾尔（APA）、印度淡色艾尔（IPA）、波特啤酒和世涛啤酒等。表4显示了使用美国艾尔酵母酿造的小米啤酒中鉴定出的挥发性化合物。该酵母菌株由制造商（Fermentis）描述为低酯生成且不产生酚类化合物（POF-）[24]。酚类化合物对啤酒风味的影响已有充分文献记载[68,69]。如表4所示，鉴定出了四种酚类化合物：4-乙基愈创木酚（4-EG）、4-乙烯基愈创木酚（4-VG）、4-乙基苯酚（4-EP）和4-甲氧基苯酚（间苯二酚）。如前所述，啤酒中的大多数酚类化合物来源于原料，如啤酒花或谷物[70]。阿魏酸和对香豆酸是谷物中最常见的两种酚类酸[70]。不同品种的小米中阿魏酸的含量差异较大，范围为41–1445微克/克[71,72]。传统上，阿魏酸的释放量在麦芽化和糖化过程中受到控制[73]。对于使用麦芽大麦酿造的啤酒来说，这是可行的。然而，使用小米酿造啤酒存在一些问题，主要是由于小米的糊化温度较高[21]。小米的糊化温度在54至80°C之间[21,74]，而麦芽大麦的糊化温度则在57至66°C之间[74,75]。温度差异会导致阿魏酸脱羧生成4-VG[73]。由于4-VG的感官阈值较低（0.3毫克/升）[66]，消费者很可能会察觉到这种化合物的存在。Yang等人（2025年）[9]也通过HS-SPME分析在他们的啤酒中发现了4-VG。

这些基于小米的啤酒中的挥发性化合物总量与基于高粱的啤酒和麦芽啤酒进行了比较。图1展示了这些比较的小提琴图。结果表明，使用美国艾尔酵母酿造的小米啤酒与使用其他谷物酿造的啤酒在挥发性化合物的平均相对面积上存在显著差异（F2, 2530 = 48.69, p < 0.0001）。根据??2的值，这种效应的程度被认为是小到中等的。95%的事后Tukey HSD比较显示，大麦（p < 0.0001）和高粱（p < 0.0001）的平均值显著高于小米，而大麦和高粱之间的差异不显著（p = 0.946）。这种差异可能部分是由于发酵程度较低，导致比重变化较小。

本实验的第二个目标是研究谷物类型对某些挥发性化合物生成的影响。已有文献表明，不同酵母菌株在不同啤酒中会产生不同浓度的相同挥发性化合物[8,19]。为了进一步扩展之前的研究，我们探讨了谷物类型如何影响不同酵母菌株产生的特定挥发性化合物[19]。与之前的研究一样，观察到的差异体现在相对浓度上，而不是化合物组成上。选择这九种化合物进行比较是基于Budner等人[19,20]之前的研究，他们发现这些化合物在麦芽大麦和高粱之间存在统计学差异。此外，本研究还比较了小米。表5总结了四种不同酵母菌株使用三种不同谷物产生的九种目标化合物的相对响应值。统计分析分别考察了每种酵母菌株的个体结果以及这九种化合物的总浓度，结果如表5所示。比利时阿比啤酒和英国艾尔啤酒中这九种化合物的总浓度存在统计学差异（p < 0.05），大麦与小米和高粱之间存在差异，而美国艾尔啤酒与美国小麦啤酒之间没有差异。

挥发性化合物对啤酒的香气有正面、负面或中性的影响。如表5所示，三种不同谷物来源的挥发性化合物相对浓度存在差异。根据本实验室之前的研究，高粱产生的挥发性化合物较少。虽然小米的相对浓度通常低于麦芽大麦，但总体上高于高粱。这可能是由于小米中的FAN（游离脂肪酸）含量较高。先前的研究者（包括本研究团队）已经证明，高粱的FAN含量明显低于麦芽大麦[20,77,78]。FAN含量与中等链脂肪酸酯（如己酸酯、辛酸酯和癸酸酯）的生成有关[79]。由于小米的FAN含量较高，其产生的MCFA酯类化合物相对浓度也较高，但仍然低于麦芽大麦。

本研究的主要局限性在于，虽然糖化过程遵循了领先麦芽制造商的建议，但并未进行优化。通过优化糖化过程可以提高啤酒的质量和一致性。此外，整个酿造和发酵过程是在实验室规模下进行的，因此在生产规模扩大后可能会出现一些微小差异。酿酒商应注意使用小米和高粱等替代谷物生产无麸质啤酒的潜在问题。与高粱不同，高粱通常需要添加氮源以达到足够的可发酵氮（FAN）水平，而小米在优化酿造条件下可以达到100–140毫克/升的理想FAN范围[3,21,39,55]。然而，与使用麦芽大麦酿造相比，小米自身含有的天然酶较少，导致产量较低。因此需要添加额外的外源酶。麦芽化的小米通常具有较低的SRM（啤酒颜色指数），但较高的糖化温度会促进美拉德褐变，从而产生更深的颜色。此外，小米的高糊化温度会导致酚类成分发生显著变化，包括阿魏酸含量的增加。这些酸在高温下会发生脱羧反应，生成更多的酚类化合物（如4-VG）[73]，从而影响最终啤酒的风味。

本研究分析了用小米酿造的啤酒，以确定其可发酵性和主要发酵化合物的化学组成。总体而言，这种小米啤酒的质量是可以接受的，FAN含量也在可接受范围内。通过优化酿造条件可以改善许多啤酒参数。与之前的研究一样，这些基于小米的啤酒中含有多种不同的挥发性化合物。研究了四种不同酵母菌株对乙基丁酸酯、丁酸乙酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯、1-辛醇、壬醛、辛酸乙酯和癸酸乙酯浓度的影响。不同酵母菌株导致这些关键化合物的浓度存在差异。总体而言，大麦啤酒中这些关键挥发性化合物的浓度较低，其组成与基于高粱的啤酒相似。需要进一步研究将这些测量差异与啤酒的风味联系起来。