《Beverages》：Influence of Wort Composition and Fermentation Parameters on Metabolic Activity of Non-Saccharomyces Yeast in Non-Alcoholic and Low-Alcohol Brewing
Mohini Basu,
Ryan J. Elias and
Darrell W. Cockburn
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这篇综述系统阐述了（无醇及低度啤酒）NABLAB酿造的核心挑战与机遇。文章深入分析了麦汁糖分组成和关键发酵参数如何调控（非酿酒酵母）NSY的代谢通路，将碳流从乙醇生成引导向甘油、有机酸等替代碳汇，从而降低酒精度并提升感官复杂度。为通过生物法精准控制（乙醇）EtOH产量、优化产品风味提供了科学依据。
随着消费者健康意识的增强，无醇和低酒精啤酒（Non-alcoholic and low-alcohol beers, NABLABs）的市场需求快速增长。传统的物理脱醇方法（如热蒸发、膜分离）成本高昂且易损害风味，因此，通过生物方法控制乙醇生成成为了研究焦点。这篇综述的核心，便是探讨如何利用（非酿酒酵母）Non-Saccharomycesyeasts (NSYs) 的独特代谢特性，在酿造过程中实现乙醇产量的精准控制，并优化产品风味。
麦汁成分与发酵参数对NSY代谢的调控
无醇/低醇啤酒的生产方法可分为物理法和生物法两大类。物理法侧重于发酵后去除乙醇，而生物法则着眼于在发酵过程中控制乙醇的形成。后者包括中止发酵、冷接触发酵以及使用（非酿酒酵母）NSYs等策略，其中利用NSYs因能产生独特风味而备受关注。然而，大多数NSYs是（麦芽糖阴性）maltose-negative的，无法高效利用传统大麦麦汁中的主要可发酵糖——麦芽糖，这虽然限制了乙醇产量，却也带来了残留糖分过高、产品过甜的风险。
酵母代谢与大麦麦汁组成背景
碳水化合物利用的差异是NSYs应用于NABLAB酿造的基础。（酿酒酵母）Saccharomyces cerevisiae能够高效利用麦芽糖、麦芽三糖、葡萄糖、果糖和蔗糖，并将其主要转化为乙醇。相比之下，大多数NSYs只能利用葡萄糖、果糖和蔗糖，对麦芽糖的利用能力有限。这种差异源于NSYs通常缺乏特定的麦芽糖转运蛋白，导致麦汁中大量麦芽糖未被发酵，从而成为残留糖分，影响最终产品的甜度和微生物稳定性。
氧气对酵母行为的影响也至关重要。许多（酿酒酵母）属的酵母是（克雷布特里效应）Crabtree-positive的，即在有氧和高糖条件下也会进行发酵产乙醇。而一些NSYs表现为（克雷布特里效应阴性）Crabtree-negative，在有氧条件下倾向于进行呼吸代谢，将碳流导向生物质和二氧化碳而非乙醇，这为在微氧条件下控制乙醇产量提供了可能。此外，（克鲁维效应）Kluyver effect等现象也影响着不同酵母对特定糖类的利用方式。
替代碳汇：甘油与有机酸的形成
在厌氧条件下，为了维持（氧化还原平衡）redox balance，酵母会将部分碳流导向（甘油）glycerol的合成。甘油不仅是重要的（氧化还原平衡）代谢物，还能显著提升啤酒的（口感、酒体）mouthfeel和甜味感知。研究表明，Metschnikowia、Hanseniaspora和 Torulaspora等属的NSYs在啤酒中能产生较高浓度的甘油。
另一类重要的替代碳汇是（有机酸）organic acids。例如，Lachancea thermotolerans能够通过（异型乳酸发酵）heterolactic fermentation产生大量（乳酸）lactic acid，这不仅降低了产品pH值，增强了微生物稳定性，还能为啤酒带来宜人的酸味和奶油般口感，适用于生产酸啤酒风格的无醇产品。其他NSYs如Metschnikowiaspp.则可能与（富马酸）fumaric acid和（琥珀酸）succinic acid产量的增加有关，这些酸类物质影响着产品的酸度和风味复杂性。
重塑麦汁组成以优化NSY发酵
由于NSYs的代谢特性，调整麦汁的（可发酵糖谱）fermentable sugar profile成为控制乙醇产量的关键。传统的糖化工艺旨在最大化产生麦芽糖，但这并不适合NSYs。为此，酿造者可以采用多种策略：例如，采用高温（75–80°C）糖化来抑制（β-淀粉酶）β-amylase的活性，从而减少麦芽糖的生成，同时保留（α-淀粉酶）α-amylase活性以产生更多不可发酵的糊精。或者，在糖化过程中添加外源（淀粉葡萄糖苷酶）amyloglucosidase，将麦芽糖和糊精进一步水解为葡萄糖，为NSYs提供其可利用的碳源，同时通过调控发酵条件（如供氧）将碳流从乙醇引向甘油和有机酸。
此外，较低的（初始麦汁浓度）starting gravity（如6–7°P）、控制（溶解氧）dissolved oxygen含量、优化（接种量）pitching rate和（发酵温度）fermentation temperature（通常为15–20°C）等参数，都对NSYs的发酵动力学、乙醇产量及风味物质（如酯类、高级醇）的形成有重要影响。
感官平衡与风味优化
使用NSYs生产NABLAB面临的主要感官挑战是过度的甜味，这源于未被利用的高残留麦芽糖。为平衡甜味，可通过增加（苦味）bitterness、（碳酸化）carbonation和（酸度）acidity来实现。例如，使用产酸NSYs（如L. thermotolerans）进行生物酸化，或通过（酒花）hopping regime增加苦味。甘油的存在也能通过“滞留”不良的（醛类）aldehydes（如产生“麦汁味”的Strecker醛）来改善风味感知。
另一方面，NSYs也是（香气活性化合物）aroma-active compounds的重要生产者。如Pichia kluyveri、Hanseniaspora uvarum等能产生大量的（酯类）esters（如乙酸乙酯、己酸乙酯、异戊酸乙酯），赋予啤酒果香。此外，一些NSYs具有（β-葡萄糖苷酶）β-glucosidase和（β-裂解酶）β-lyase活性，能（生物转化）biotransform酒花中的糖苷结合态前体物质，释放出（萜烯醇）terpene alcohols和（多官能团硫醇）polyfunctional thiols等香气物质，丰富啤酒的香气层次。
结论与展望
利用（非酿酒酵母）NSYs进行（无醇及低度啤酒）NABLAB的生物法生产，为酿造者提供了在控制乙醇水平的同时，开发独特风味产品的巨大潜力。其核心在于理解并调控麦汁组成（特别是可发酵糖谱）与NSY代谢之间的相互作用，将碳流从主要的乙醇合成途径，导向甘油、有机酸、生物质及风味化合物等替代代谢途径。通过综合运用调整糖化工艺、控制发酵参数、筛选特定酵母菌株等策略，可以更精准地平衡产品的甜度、酸度、酒体和香气，从而克服NABLAB生产中常见的风味缺陷，满足消费者对健康、美味低醇/无醇饮料日益增长的需求。未来的研究需进一步探索氧气对NSY代谢的影响、混合酵母菌群的应用以及在不同麦汁基质中风味前体生物转化的效率，以不断拓展无醇及低度啤酒的风味多样性。
