啤酒中的不良风味：纸板味（三）

酒类使用二氧化硫保质并非什么新鲜的事情，红酒中就经常使用二氧化硫抵抗氧化并且杀菌。尽管啤酒中通常不会添加二氧化硫。尽管如此，二氧化硫的确能起到延缓氧化及抑制反-2-壬烯醛产生的作用。今日我们就来讲下其产生的机理。

本文主要解答以下问题：

• 亚硫酸盐抑制E2N的机制
• 加合反应中涉及的E2N及亚硫酸盐量
• 加合反应会受什么因素影响
• 加合物具体构成

本文结论：二氧化硫（Sulfur dioxide）及其溶于水中对应的亚硫酸根（Bisulfite）可以减少反-2-壬烯醛（以下简称为E2N）在啤酒中的含量。

醛类抑制的两种机制

来自比利时食品与化学工业教育研究中心（CERIA）的Debourg在其关于使用固定化酵母系统减少醛类物质的研究中提到了两种减少醛类的机制：一种通过NADH和NADPH作为还原剂，还原已有的醛类。

NADH和NADPH普遍存在于生物体，用于合成代谢各种氨基酸、脂肪酸。是生物体必不可少的辅因子（Cofactor，是一类影响酶活性的金属离子或者非蛋白质化合物），这些辅因子有较强的还原性。实验中，Debourg往106菌株中接种了额外的NADH和NADPH，往培养液里注入特定的醛类物质。然后收集在指数阶段（Exponential，即快速发酵阶段）NADH和NADPH及其还原产物（NAD+、NADP+）的数量，然后计算出活性。从上表中可以见有着显著的酶活性。

而NADH和NADPH与醛类的反应如下：

An alcohol + NADP(+) <=> An aldehyde + NADPH
A primary alcohol + NAD(+) <=> an aldehyde + NADH

这两个反应皆是可逆反应。在自然生物体内，涉及到醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenase）以及醛还原酶（Aldehyde reductase）。这两种酶都需要NADPH（NADP+）或者NADH（NAD+）作为辅因子。

可以理解为这些醛会被还原为醛所对应的醇。但因为可逆反应的关系，在存储期间，这些醇除了与酸反应形成酯类物质外，也有一部分重新氧化为游离醛。

第二种就是亚硫酸盐对于醛类物质的加合作用。亚硫酸盐会与醛类发生加合反应，形成亚硫酸醛类加合物（Bisulfite-aldehyde）。 在发酵过程中，酵母会释放一部分亚硫酸盐。

上图里，不同的醛类加入不同量的亚硫酸盐后在4° C下放置两日，形成了不同的亚硫酸羰基加合物（Bisulfite-Carbonyl）。醛类（R-CHO）是羰基（R-C=O-R）的衍生物，而羰基则是醛类的官能团。可以这么理解，醛类所形成的亚硫酸羰基加合物，就是亚硫酸醛类加合物。

但值得注意的是，在该实验中，上面表格的醛类化合物含量范围为1-2umol，而加入的亚硫酸盐量级为mmol（1mmol=1000umol），说明要存在大量亚硫酸盐的情况下才能与醛类完全加合。国标对于红酒亚硫酸盐含量（一般用直接以二氧化硫表示）上限为0.25g/L（即250ppm），换算约为3.9mmol/l左右。而一般情况下啤酒不会超过10ppm，也就是0.16mmol/l左右。

发酵并不能降低E2N含量

即使数量级上有差异，但在发酵中产生的亚硫酸盐是否还是可以减少E2N的含量？在一些研究中有提到E2N并不能在发酵过程中得到大幅度降低。其中来自札幌啤酒厂的Kaneda及名古屋大学的Osawa的一项研究表明，亚硫酸盐会更加倾向与碳数更少的醛类发生加合反应。

从上图可以看到E2N在发酵阶段（曲线D），额外添加的亚硫酸盐与E2N反应产得的反-2-壬烯醛亚硫酸盐加合物含量很低。而其他醛，例如乙醛（Acetaldehyde）、丙醛（propionaldehyde）、n-辛醛（n-octylaldehyde），都能够有效形成其加合物。

而要添加多少亚硫酸盐，E2N才能完全加合呢，论文也给了一个数据。

差不多1000umol（1mmol，大约62.5ppm）的亚硫酸盐才能完全将1umol（大约0.13ppm）的E2N转化为其加合物。

回到我们之前提到的E2N风味阈值中，Aroxa提到的250ng/L（约250ppb，0.25ppm，大约2umol）为上限值，超过一定会闻到。这意味着，起码啤酒中亚硫酸盐要超过125ppm甚至更多才能与啤酒里E2N完全加合。但太高的亚硫酸盐意味着其风味的加入。二氧化硫在啤酒中也是属于不良风味的一种，其阈值Aroxa建议值为3-7mg/L，即是3-7ppm。

亚硫酸盐仍有价值

那么是不是添加亚硫酸盐这条路行不通了呢？非也。

鲁汶大学的Lermusieau等人在研究非氧化机制下产生的E2N中提到，在成品新鲜啤酒及在过滤后的麦汁里加入一定量二氧化硫。能够看出尽管在麦芽汁中拥有大量的壬烯醛潜力，但在强制老化的啤酒里仅能检测到很低的壬烯醛含量。

所以只要适量加入，就能在E2N及亚硫酸盐的气味阈值中找到一个平衡点。这个需要根据不同的配方来量身定制。 自此，我们知道了可以通过亚硫酸盐（抑或者是二氧化硫）来减少啤酒里游离的，或者是被释放的E2N。

加合物及其稳定性

最后简单介绍下，亚硫酸盐会和E2N合成怎样的加合物。

上述是嘉士伯研究实验室Nyborg等人在实验环境下通过NMR（核磁共振）及LC-MS（液相色谱-质谱联用）等方法检测到的E2N加合物。

对比E2N的结构式。可以看到加合物 I 中，尾部的C=O（碳-氧）双键被拆开与亚硫酸根反应。而加合物 II 中，是倒数第二、三个C的C=C（碳-碳）双键被拆开与亚硫酸根反应。而加合物 III 则是 I 和 II 反应同时存在。

而奥塔戈大学的Dufour等人用Trans-2-butenal（反-2-壬烯醛）模拟E2N与亚硫酸盐的加合反应。根据分子动力学推测出了其中反应的稳定性。

可以看到其中E2N中C=O双键与亚硫酸盐的反应是可逆的，但C=C双键反应并不可逆，具有较强的稳定性。在Nyborg等人的论文中就提到加合物 II 和 I 制作方法相同，只是时间长短的问题。侧面说明 ，只要时间够长，E2N能够与亚硫酸盐产生稳定的加合物。

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至此，关于E2N的系列介绍就告一段落。E2N不像双乙酰一样，可以通过简单的方法去除，只能通过原材料及更加高级的仪器器材辅助才能有效控制其含量。所以即使到现在，仍然是需要继续攻克的难题。

作者 吹啤