摘要

烘烤過程和顏色發展已被認為能增強烘烤麥芽的抗氧化活性。然而，烘烤也會導致形成具有促氧化效應的高分子量化合物，在基于鐵和銅催化的Fenton反應系統中增加自由基水平。因此，本研究在基于Fenton反應的模型啤酒系統（5.8%乙醇，v/v）中評估了三種不同烘烤程度麥芽（pilsner、melano和black）的整體抗氧化和促氧化性質。通過自旋捕獲和電子自旋共振檢測，發現黑麥芽的自由基淬滅能力比淺色麥芽和melano麥芽低50%。這些差異與烘烤程度和高分子量褐變化合物的形成有關。從黑麥芽麥汁中分離出的高分子量化合物（分子質量范圍在4×10^6至10^9 g/mol）在Fenton反應中導致自由基增加約40%，并能在啤酒模型中加速金屬催化氧化，表現為溶解氧減少近11%。盡管黑麥芽整體能減少Fenton反應產生的自由基水平，但高分子量化合物通過還原性氧化還原循環催化量的鐵，產生了相反的效果。

引言

根據顏色，大麥麥芽可分為淺色（拉格）和深色（特種）麥芽。淺色麥芽是啤酒生產的主要原料，在60至95°C的溫和溫度下加熱。通常，淺色麥芽在常規烘干爐中在低于100°C的溫度下干燥，以達到低水分含量（約4-5%）。深色麥芽分為顏色釀造麥芽、焦糖麥芽和烘烤麥芽。顏色釀造麥芽使用高達105°C的溫度生產，而焦糖麥芽和烘烤麥芽則通過烘烤綠麥芽（已發芽但未干燥）或淺色麥芽（已烘干）在高達160°C和220-250°C下分別烘烤2-2.5小時生產。烘烤麥芽用于啤酒生產以提供額外的顏色和風味，通常使用量較小（通常<5%），與淺色麥芽（》95%）相比，因為特種麥芽的使用會導致麥汁中可發酵糖和氨基酸水平較低。在麥芽的熱處理過程中，會發生非酶褐變，即Maillard反應，由于Maillard反應產物（MRPs）的形成，對啤酒顏色和風味產生重大影響。

MRPs由還原糖的羰基基團與氨基酸、肽或蛋白質的氨基基團反應形成，產生具有不同分子量的復雜混合物化合物。在Maillard反應的后期階段，低分子量（LMW）化合物可能聚合成高分子量（HMW）化合物，也稱為melanoidins（MLD）。最近研究表明，從深色麥芽中分離出的大于300 kDa的MLD是麥芽顏色的主要貢獻者。而淺色麥芽和焦糖麥芽主要含有LMW化合物，顏色較淺，分子量低于10 kDa。

MLD對許多食品和飲料的質量和特性很重要，不僅因為其顏色和香氣，還因為其健康益處和抗氧化性質。實際上，烘烤過程和顏色發展已被報道能增強烘烤麥芽的抗氧化活性。由于MLD的金屬螯合特性、還原能力和自由基清除能力，它們可能對麥汁和啤酒的氧化穩定性產生積極影響。

然而，MLD也可能發揮促氧化效應，在鐵和銅催化的Fenton反應重要的系統中導致自由基水平增加。啤酒的感官特性和質量在儲存和陳化過程中會發生變化，這是各種化學、物理和感官轉變的結果。氧氣在老化反應中扮演重要角色，導致啤酒風味快速惡化。氧氣通過Fenton和Haber-Weiss反應與亞鐵離子（Fe2?）反應，導致活性氧物種（ROS）如羥基自由基的產生。自由基能與乙醇（啤酒中含量第二豐富的成分）反應，形成異味和啤酒變質。MLD被認為是良好的還原劑，因此能夠將催化量的三價鐵離子還原為二價鐵離子，后者通過Fenton反應產生羥基自由基。此外，也有研究表明MLD和黑啤酒在Fenton反應assay中能夠淬滅自由基，但不能在基于Fenton的模型系統中將Fe3?還原為Fe2?并誘導自由基形成。

本研究的目的是深入了解三種不同烘烤程度麥芽（pilsner、melano和black）在鐵催化Fenton assay中的整體抗氧化和/或促氧化性質的競爭，以獲得關于烘烤麥芽對啤酒質量影響機制的新知識。通過尺寸排阻色譜（SEC）從黑麥芽中分離出HMW褐變化合物，并使用光散射表征其分子質量分布。通過電子自旋共振（ESR）光譜評估自由基清除能力，以評估樣品中促氧化和抗氧化效應的競爭。進一步通過測量O?攝取量，評估不同麥芽麥汁和HMW組分對涉及Fenton反應的模型啤酒氧化穩定性的影響。