《Food Research International》：Kilning with smoke-affected air impacts the chemical and aromatic qualities of Cascade hops
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烟雾暴露对啤酒花化学及感官特性的影响研究。通过模拟不同空气质量条件下的烘干工艺，发现空气质量指数（AQI）与啤酒花挥发性酚类（VP）浓度呈中度正相关（R2=0.6815），其中57.5%-79.2%的VP来自松木燃烧产生的愈创木酚和4-甲基愈创木酚。传统质量指标（α-酸、HSI等）未受显著影响，但感官评价显示烟雾暴露导致柑橘类香气强度下降，同时烟熏、肉质和人工烧烤风味描述频率增加，表明需结合化学和感官分析评估烟雾污染风险。
Cade A. Jobe | Thomas H. Shellhammer
俄勒冈州立大学，食品科学与技术系，美国俄勒冈州科瓦利斯市
摘要
随着主要啤酒花种植地区的野火事件加剧，人们对烟雾暴露对啤酒花质量影响的担忧也在增加。本研究使用了一个试点规模系统，在该系统中通过燃烧混合冷杉颗粒引入烟雾，评估了在不同空气质量条件下烘烤Cascade啤酒花的效果。研究发现，空气质量（通过空气质量指数AQI表示）与干燥啤酒花中的总挥发性酚（VP）浓度之间存在中等程度的正相关关系（R2 = 0.6815）。邻甲氧基苯酚和4-甲基邻甲氧基苯酚占总VP的55-79%，这可能是由于冷杉木材中的木质素热解所致。传统的啤酒花质量指标（如α-酸、HSI、总油分和油分组成）未受到影响，尽管某些挥发性萜类化合物（如香叶醇、柠檬醛）随着AQI的增加而略有增加。感官评估（包括全面检查法和线性评分法）显示，随着VP的增加，柑橘和整体啤酒花香气强度下降，而烟熏、肉味和人工烧烤等描述词的出现频率增加。这些发现表明，暴露在烟雾中的啤酒花可能保留了核心的质量指标，但由于酚类物质的吸收而表现出感知上的退化，这突显了需要综合化学和感官方法来评估啤酒花中的烟雾污染，并为易发生野火的地区的产后处理提供信息。
引言
近年来，关键啤酒花（Humulus lupulus）种植地区的野火发生频率和严重程度显著增加，尤其是在美国太平洋西北部（Dye等人，2024年；Halofsky等人，2020年）。这种野火活动的加剧引发了啤酒花种植者和酿酒商对野火烟雾对啤酒花质量和啤酒风味潜在影响的担忧。虽然烟雾暴露对葡萄酒的影响已经得到了广泛研究，其中烟雾产生的挥发性酚类物质会在成品葡萄酒中积累并产生异味（Kelly & Zerihun，2015年；Krstic等人，2015年；Liu等人，2020年；Mirabelli-Montan等人，2021年；Noestheden等人，2017年；Ristic等人，2016年；Tomasino等人，2023年），但关于啤酒花的研究仍然很少。鉴于以啤酒花为主要香气的啤酒风格的日益流行，其中微妙的香气变化会显著影响感官体验和消费者偏好，因此了解烟雾暴露如何改变啤酒花的化学成分在科学和商业上都非常重要（González-Salitre等人，2023年；Hopfer等人，2021年）。
啤酒花是啤酒的关键成分，因其苦味特性和复杂的香气而受到重视，这种香气来自多种次生代谢物，包括萜类化合物、多酚、硫醇等（Almaguer等人，2018年；Chenot等人，2019年；Lafontaine等人，2021年；Lam & Deinzer，1986年；Rettberg等人，2018年；Sharp等人，2017年）。目前，啤酒花的唯一用途是为其啤酒增添苦味，同时其多样的香气为IPA等啤酒风格增添了热带、果香、草本和树脂等令人喜爱的风味。啤酒花的产后处理通常包括烘烤，即将啤酒花锥与加热的强制通风空气一起干燥，这期间啤酒花容易受到环境污染（Rubottom & Shellhammer，2024年）。空气中的烟雾化合物可能会吸附在啤酒花表面或渗透到啤酒花组织中。然而，烟雾颗粒在烘烤过程中被啤酒花吸收的程度尚未得到探索。
在美国，烟雾事件期间的空气质量信息通过美国环境保护署（EPA）的空气质量指数（AQI）向公众传达（Horn & Dasgupta，2024年）。由于AQI信息易于获取，啤酒花种植者倾向于在野火烟雾事件期间使用AQI来做出农场管理决策，例如在空气质量较差时是否继续收获活动。AQI利用五种主要污染物（颗粒物污染、地面臭氧、一氧化碳、二氧化硫和二氧化氮）的浓度来生成一个指数值，对应于六个颜色编码的关注级别之一（AQI Basics | AirNow.Gov，无日期）。这些关注级别向公众传达了与环境空气质量相关的健康风险。直径2.5微米及以下的颗粒物（PM?.?）对人类健康构成最大风险，在野火烟雾存在时通常会成为AQI评级的依据（美国环境保护署，2016年）。然而，颗粒物传感器无法提供有关烟雾颗粒中具体化合物（如挥发性酚类）的信息，也无法说明它们对暴露于烟雾中的农产品的化学和感官方面的影响。
挥发性酚类物质，如邻甲氧基苯酚、4-甲基邻甲氧基苯酚（4MG）和甲酚，是烟雾香气/风味的主要贡献者，会产生烟熏、药用或灰烬等香气（du Plessis等人，2021年；Favell等人，2022年；Fryer等人，2025年；Noestheden等人，2017年；Yang等人，2025年）。这些化合物主要来源于木质素的燃烧，木质素是植物中一种重要的基于酚类的结构聚合物（Lu & Gu，2022年）。木质素由三种主要类型的酚类单体组成——邻甲氧基（G型）、ρ-羟基苯基（H型）和丁香基（S型）（Ralph等人，2019年）。木质素的组成因植物种类而异，裸子植物（如冷杉、松树和云杉）含有较高比例的G型单体（图1）（Ralph等人，2019年）。在热解过程中，木质素聚合物分解，其中G型木质素主要转化为邻甲氧基苯酚或4-甲基邻甲氧基苯酚，而H型木质素通常转化为o、m或p-甲酚（图1）（Abu-Omar等人，2021年；Lu & Gu，2022年）。这些挥发性酚类以气体或颗粒形式存在于烟雾中，这意味着环境空气中的颗粒物测量值（如PM?.?浓度）可能无法可靠地反映烟雾暴露引起的化学或感官变化（van der Hulst等人，2019年）。
用于评估啤酒花质量的传统指标，如α-酸含量、总油分、啤酒花储存指数（HSI）和特定萜类化合物谱，并未考虑烟雾衍生的污染物，可能无法反映环境暴露对风味质量的影响。因此，迫切需要结合化学和感官分析的方法来评估野火烟雾对啤酒花的影响。尽管最近的研究引入了一种量化啤酒花中挥发性酚类的方法（Williams & Alexander，2021年），并尝试在实验室模拟中识别烟雾影响的标志物（Sandoval等人，2025年），但尚未有研究直接探讨烘烤过程中环境烟雾与干燥啤酒花中的挥发性酚类浓度或感官结果之间的关系。
本研究通过一项受控烘烤试验来解决这一空白，该试验使用Cascade啤酒花在干燥过程中暴露于不同的空气质量条件下。本研究（i）评估了在不同烟雾水平下烘烤的Cascade啤酒花对挥发性酚类的吸收情况，（ii）量化了传统啤酒花质量指标和挥发性萜类化合物谱在空气质量变化下的变化（如果有的话），以及（iii）通过全面检查法（CATA）和线性评分法评估了烟雾暴露的感官影响。然后使用多元统计方法整合化学和感官数据，揭示了烟雾暴露、挥发性酚类积累、传统啤酒花质量指标和感知结果之间的关系。这些结果提供了关于用受烟雾污染的空气干燥啤酒花机制和后果的新见解，并对易受烟雾影响的地区的产后处理具有实际意义。
部分摘录
受控烟雾暴露
在三天内，从爱达荷州北部商业种植的Cascade啤酒花被收获，通过改良的Wolf 170啤酒花采摘机进行清洗，然后装入一个1.2米×1.2米×1.2米的箱子中，这些箱子安装在一个试点规模的烘烤系统中。每个箱子中加入约85公斤的湿啤酒花，堆放深度约为0.75米，并设置在63°C下干燥，直到啤酒花的含水量降至8%至11%。干燥时间根据农场的标准操作确定，范围为5.5至7.5小时。
结果与讨论
用受烟雾污染的空气烘烤啤酒花增加了挥发性酚类的吸收，导致烟熏香气增强，同时降低了理想的啤酒花特性，如柑橘和整体啤酒花香气强度。
结论与未来方向
即使在空气质量中等的情况下，烘烤过程中的烟雾暴露也会导致挥发性酚类（VP）的吸收量增加，足以改变啤酒花的香气。重要的是，仅依赖AQI可能无法充分预测啤酒花对烟雾的吸收程度或感官结果，因为尽管烟雾暴露水平相似，但酚类浓度和香气属性仍存在显著差异，这可能是由于大气压力、湿度和温度等天气条件的不同所致。
CRediT作者贡献声明
Cade A. Jobe：写作——审阅与编辑、撰写初稿、可视化、验证、监督、软件使用、方法论、调查、正式分析、概念化。Thomas H. Shellhammer：写作——审阅与编辑、可视化、监督、资源管理、项目协调、方法论、资金获取、数据整理、概念化。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
作者承认使用了生成式AI工具，特别是OpenAI的ChatGPT（GPT-4.5和5.0，2025年7月至11月版本），来协助编辑手稿的部分内容。AI辅助提高了清晰度、结构性和学术风格的遵循度，但没有替代作者的批判性思维、数据分析和科学解释。没有使用AI工具来生成、分析或解释实验数据。所有科学内容、结论和最终结果均由作者本人完成。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Thomas H. Shellhammer报告称获得了啤酒花研究委员会的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢Elk Mountain Farms的Ed Atkins、Darcy Lammers和Don Allenberg提供的技术建议、项目支持以及项目所需的试点烘烤设施的使用。作者还感谢Shellhammer实验室的本科生研究人员在准备各种化学和感官分析样品方面所付出的努力。
