麦汁中α氨基氮的测定及其对风味物质的影响研究.docx
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麦汁中α氨基氮的测定及其对风味物质的影响研究
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麦汁中α-氨基氮的测定及其对风味物质的影响研究
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毕业论文题目:
麦汁中α-氨基氮的测定及其对风味物质的影响研究
专业
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摘要
α-氨基氮是酵母生长发育的主要氮源。
麦汁中α-氨基氮含量对风味物质双乙酰的含量变化、高级醇含量的变化有着重要影响。
通过不同的工艺条件和检测方法测定α-氨基氮含量,确定α-氨基氮的最适含量并观察酵母在不同α-氨基氮含量条件下发酵,研究酵母对氨基氮的同化作用。
关键词:
麦汁;α-氨基氮;酵母;高级醇;双乙酰
南京大学本科生毕业论文英文摘要首页用纸
THESIS:
Wortofα-aminonitrogenanditseffectonthedeterminationoftheimpactofflavorresearch
SPECIALIZATION:
Chemistry
POSTGRADUATE:
MENTOR:
Abstract
Alphaaminonitrogenisthemainnitrogensourceofyeastgrowthanddevelopment.Alphaaminonitrogencontentintheworttoflavorsubstancesofdiacetylcontentchanges,thechangeofhigheralcoholcontenthasanimportantinfluence.Throughdifferentprocessconditionsandtestmethodofdeterminationofalphaaminonitrogencontent,determinetheoptimumcontentofalphaaminonitrogenandobservationofyeastinfermentationundertheconditionsofdifferentalphaaminonitrogencontent,theresearchontheaminonitrogenassimilationofyeast.
Keyword:
wort;α-aminonitrogen;yeast;higheralcohols;diacetyl
目录
摘要I
AbstractII
图目录V
表目录VI
第一章绪论1
1.1麦汁的制备1
1.2α-氨基氮的概念1
1.3α-氨基氮含量对发酵的重要性2
1.3.1α-氨基氮含量的理论依据2
1.3.2α-氨基氮含量的最适控制2
1.4提高麦汁α-氨基氮含量的工艺措施3
1.4.1原料的选择3
1.4.2辅料的比例3
1.5α-氨基氮含量对啤酒的重要性3
第二章材料与方法5
2.1材料5
2.2试剂与溶液5
2.2.1发色剂5
2.2.2稀释溶液5
2.2.3甘氨酸标准贮备液5
2.2.4甘氨酸标准使用液5
2.2.5标准溶液6
2.2.6茚三酮溶液6
2.2.7碘酸钾溶液6
2.3方法6
2.3.1糖化中最适α-氨基氮量的控制方法6
2.3.2酵母与α-氨基氮的同化作用影响6
2.3.3α-氨基氮对双乙酰的影响7
2.3.4α-氨基氮对高级醇的影响7
2.3.5茚三酮比色法7
2.3.5.1测量步骤7
第三章结果与分析9
3.1α-氨基氮与啤酒酵母9
3.1.1α-氨基氮含量对酵母生长的影响9
3.1.2糖化中最适α-氨基氮量的控制结果10
3.1.3PH值变化11
3.1.4α-氨基氮与酵母的同化作用11
3.2α-氨基氮与双乙酰12
3.2.1双乙酰的概念12
3.2.2双乙酰与α-氨基氮含量的关系12
3.2.3双乙酰对啤酒风味的影响14
3.3α-氨基氮与高级醇14
3.3.1高级醇的概念14
3.3.2啤酒中高级醇的来源和形成机理14
3.3.3影响高级醇生成量的因素15
3.3.4控制高级醇形成的途径16
3.3.5α-氨基氮对高级醇的影响结果16
3.3.6高级醇对啤酒风味的影响18
3.4α-氨基氮的检测(茚三酮法)18
第四章结论20
附录Α啤酒的质量标准21
参考文献22
致谢24
图目录
图3.1不同氨基氮含量的麦汁对酵母生长的影响10
图3.2不同α-氨基氮含量的麦汁对PH值的影响11
图3.3双乙酰的形成图13
图3.4不同α-氨基氮含量的麦汁对双乙酰含量变化的影响13
图3.5不同α-氨基氮含量的麦汁对高级醇含量变化的影响17
表目录
表1.1不同的α-氨基氮含量的麦汁及代号1
表3.2蛋白酶分解与休止时间对α-氨基氮影响10
表3.3酵母对α-氨基氮的同化11
表3.4双乙酰生产量与不同麦汁α-氨基氮含量的关系12
表3.5麦汁中α-氨基氮与高级醇的生成17
表3.6不同麦汁的α-氨基氮含量18
第一章绪论
1.1麦汁的制备
麦汁的制备系指原料粉碎、糖化、糊化;麦糟过滤;麦汁煮沸、冷却等工序。
在啤酒酿造生产过程中原料的选择是决定啤酒特色的基本因素,麦汁制备是啤酒酿造主要过程中的第一部分,其制备结果直接影响到啤酒成色与口味。
因此麦汁制备在啤酒生产过程中是非常重要的。
麦芽汁是酵母生长、繁殖、发酵所需碳源、氮源的供应源。
[1]麦汁质量直接影响到发酵液和成品酒的质量,因此,应严格控制麦汁制备过程中的麦汁质量。
麦汁中的氨基酸不但提供酵母同化和异化所需要的营养,还影响发酵过程高级醇、酯类物质的形成以及双乙酰的还原。
发酵用麦汁:
由取自江苏三泰啤酒有限公司啤酒厂的12°麦汁调配而得,见表一:
表1.1不同的α-氨基氮含量的麦汁及代号
样品代号
1
2
3
4
5
6
α-氨基氮含量
118
145
167
183
206
231
如表1.1所示:
单位为mg/L,酿酒酵母由江苏三泰啤酒泰州总公司保存。
1.2α-氨基氮的概念
α-氨基氮又称氨基酸氮,在一定条件下,α-氨基酸含量以氨基态氮表示。
麦汁α-氨基氮是酵母细胞质的主要组成组分,是酵母繁殖必需的营养物质。
当麦汁中缺乏α-氨基氮时,酵母必须通过糖代谢合成必须的氨基酸,用于合成细胞的蛋白质。
所以麦汁中α-氨基氮能促使酵母发酵力的提高。
麦芽中α-氨基氮含量低时,为保证麦汁中α-氨基氮量,糖化时应采取相应的工艺措施[1]。
如降低蛋白质分解温度,适当延长蛋白分解时间,必要时可添加蛋白分解酶,使蛋白质得到进一步降解。
α-氨基氮量在原有基础上会有所增加。
糖化过程中蛋白质的分解也能提高麦汁中α-氨基氮量。
而α-氨基氮过高又会导致发酵过快,缺少高、中分子蛋白质,影响啤酒的泡沫和口味。
通常,麦汁中的α-氨基氮含量要求控制在每1%浸出物中含有20mg/L就足够提供酵母所需。
因此,一般情况下规定α-氨基氮的含量应控制在160~200mg/L之间[3]。
1.3α-氨基氮含量对发酵的重要性
1.3.1α-氨基氮含量的理论依据
麦汁中α-氨基氮量多少与酵母发酵,酒液中双乙酰的还原有直接关系。
麦汁α-氨基氮含量高,酵母发酵力提高,发酵速度加快。
另外,麦汁中α-氨基氮含量高可抑制α-酮酸合成缬氨酸的生化反应,减少中间产物α-乙酸乳酸的生成量,双乙酰生成量相应减少。
麦汁中α-氨基氮含量多少是预测酵母繁殖,发酵情况的一个重要技术参数。
麦汁中α-氨基氮含量高低,受麦芽中α-氨基氮含量影响大。
蛋白的分解主要在制麦过程发芽工序完成[2]。
α-氨基氮量2/3依赖于发芽。
糖化过程中蛋白质的分解也能提高麦汁中α-氨基氮量,但不能过分强调而忽视发芽过程控制。
一是糖化时一量增加不多,低温长时间蛋白休止也只能在原有基础上增加1/3左右;二是精化时生成的α-氨基氮是依靠酶作用于中分子氮得到的使麦汁中形成泡沫的主体物质一中分子氮减少而影响啤酒泡沫。
1.3.2α-氨基氮含量的最适控制
当麦芽中α-氨基氮含量低时,为保证麦汁中α-氨基氮量,糖化时应采取相应的工艺措施。
如降低蛋白质分解温度,适当延长蛋白分解时间,调正缪液PH值,必要时可添加蛋白分解酶,使蛋白质得到进一步降解。
α-氨基氮量在原有基础上会有所增加。
蛋白质的分解主要冬内切酶和外切酶。
较低的蛋白分解温度有利于外切酶作用,生成较多的低分子氮较高蛋白质分解温度有利于内切酶作用,生成较多的中分子氮。
工艺控制时既要保证麦汁中α-氨基氮含量,又要防止蛋白分解过度,麦汁中α-氨基氮量达到160~200mg/L完全可以为酵母提供足够的同化氮,抑制双乙酞过量生成[3]。
为保证麦汁中α-氨基氮量,糖化时蛋白分解温度取45~50℃,休止时间一分钟,可获得最高α-氨基氮量。
但一定要防止片面追求α-氨基氮量而使蛋白分解过度,导致啤酒口味淡薄,泡沫性差等缺陷。
α-氨基氮是酵母生长繁殖的唯一氮源,它提供合成酵母细胞的原生质和其他结构的材料,所以α-氨基氮的含量不仅关系到酵母的营养问题,也关系到酵母代谢产物的变化[4],如双乙酰含量、高级醇含量等。
因此,麦汁中α-氨基氮含量对发酵能否正常进行,乃至啤酒质量控制至关重要。
α-氨基氮是麦汁成分分析中的一项主要指标,酵母只能利用α-氨基氮和极有限的二肽,若麦汁中的α-氨基氮太低会使酵母缺乏营养,降低发酵力。
而α-氨基氮过高又会导致发酵过快,缺少高、中分子蛋白质,影响啤酒的泡沫和口味。
通常,麦汁中的α-氨基氮含量要求控制在每1%浸出物中含有20mg/L就足够提供酵母所需,因此,一般情况下,我们规定α-氨基氮的含量应控制在160~200mg/L之间[5]。
在追求经济效益和啤酒质量的激烈竞争下,提高啤酒质量,降低生产成本,是啤酒生产厂家生存的根本。
在麦汁制备过程中添加适当的辅料有助于降低生产成本,同时辅料比掌握合适,又能保证啤酒的风味和质量,而啤酒的风味物质高级醇和双乙酰均与麦汁中的氨基氮;含量有关,因而控制氨基氮含量显得尤为重要,且麦汁中氨基氮含量的控制可以通过辅料来调节,因此掌握麦汁中酵母发酵的最适氨基氮;含量为关键所在。
1.4提高麦汁α-氨基氮含量的工艺措施
1.4.1原料的选择
选用含氮量(12%)较低的大麦原料和采用低温发芽制麦工艺。
据资料介绍,麦汁中α-氨基氮含量的2/3以上是在发芽过程中产生的,低温发芽工艺有利于产生较多的α-氨基氮。
1.4.2辅料的比例
糖化控制适当的辅料比例,一般辅料比例以25%~35%为用漂白粉喷洒,定期改用其他消毒剂(如过氧化氢、甲醛等)。
1.5α-氨基氮含量对啤酒的重要性
某些啤酒生产厂家为了降低生产成本,盲目地增加辅料量和使用廉价麦芽,但是欲速则不达。
由于辅料量增加,则相对稀释了麦汁中α-氨基氮含量,还有劣质麦芽自身的质量缺陷,必然会导致酵母增殖数量不够,发酵缓慢,双乙酰含量增高,高级醇含量升高等一系列技术质量问题。
因此,必须提高对α-氨基氮这一关键质量指标的重视程度,采取相应的工艺措施,保证麦汁中有足够适量的α-氨基氮含量。
第二章材料与方法
2.1材料
发酵用麦汁,751GD型紫外可见分光光度计,1cm石英比色皿,高精度恒温水浴锅(精度±0.1℃),试管16mm×160mm,分析天平(感量0.1mg),移液管:
1mL、2mL、5mL,酵母菌株,麦芽,大米,化学自动分析仪,SKALAR啤酒分析仪:
SAMPLER1006自动取样器,数摸转换器:
微机控制处理系统。
2.2试剂与溶液
2.2.1发色剂
称取磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)10g、磷酸二氢钾(KH2PO4)6g、茚三酮0.5g和果糖0.3g。
混匀,用水溶解并定溶至100mL于0℃贮存
2.2.2稀释溶液
称取碘酸钾(KIO3)2g溶于600mL水中,加入96%(v/v)乙醇400mL于5℃贮存。
2.2.3甘氨酸标准贮备液
称取甘氨酸0.1072g,用水溶解定溶至1000mL于0℃贮存
2.2.4甘氨酸标准使用液
吸取甘氨酸标准贮备液1mL,用水稀释至100mL,现配现用。
此标准液含游离氨基氮2mg/L
2.2.5标准溶液
准确称取5.326g甘氨酸溶解于1000mL容量瓶中,摇匀并定容至刻度,分别准确移取6.00mL,12.00mL,18.00mL,24.00mL,30.00mL至五个100mL容量瓶中,摇匀并定容,该五种稀释液分别含有60,120,180,204,300mg/L的α-氨基氮。
2.2.6茚三酮溶液
称取CH3COONa溶解于800mL水中,取lmL该溶液并于其pH值在6.7-10.1时加等于入20.0mg茚三酮,并用蒸馏水定容至1000mL。
2.2.7碘酸钾溶液
称取2.0gKIO3溶解于800mL水中
2.3方法
2.3.1糖化中最适α-氨基氮量的控制方法
为保证麦汁中α-氨基氮量,糖化时适当的控制工艺条件。
糖化中取蛋白酶温度在45℃,46℃,47℃,48℃,49℃,50℃,休止时间为10s,20s,30s,40s,50s,60s,糖化结束时检测α-氨基氮的含量并分别纪录其测量结果。
[5]
2.3.2酵母与α-氨基氮的同化作用影响
在不同的麦芽、大米配比生产的α-氨基氮含量在160~185mg/L的12°P麦汁接入酵母进入发酵罐发酵,利用化学自动分析仪测量含量不同α-氨基氮的麦汁的发酵过程中发酵液的α-氨基氮含量,并记录其数值。
2.3.3α-氨基氮对双乙酰的影响
在发酵罐接入上述不同α-氨基氮含量的麦汁进入发酵罐发酵,观察麦汁中双乙酰的含量变化并纪录其数值。
2.3.4α-氨基氮对高级醇的影响
对高级醇影响最大的应当数麦汁中α-氨基氮,α-氨基氮含量可促进酵母的繁殖,生成适量的高级醇[6]。
利用酵母在发酵罐发酵的不同时间的发酵度,纪录发酵液的最高细胞数。
测量不同时间内发酵液中的α-氨基氮含量和高级醇含量,并纪录其数值。
2.3.5茚三酮比色法
麦汁中的α-氨基氮是由麦芽中α-氨基氮的溶出和糖化过程蛋白质的进一步降解而产生的。
α-氨基氮的含量用EBC茚三酮法测定[7],通过检测麦汁中此类低分子含氮物质的含量来判断蛋白质的溶解情况。
茚三酮与麦汁中的α-氨基氮反应,得到还原茚三酮再与氨和未还原的茚三酮反应,生成蓝紫色络合物,其颜色深浅与α-氨基氮含量成正比。
在波长570nm下,测定吸光度,计算麦汁(麦芽)中的α-氨基氮含量。
2.3.5.1测量步骤
将样液的制备好的麦芽汁1mL,用水稀释至100mL。
取9支试管并编号,1、2、3号试管中分别加入样液2mL;4、5、6号试管中分别加入蒸馏水2mL;7、8、9号试管中分别加入甘氨酸标准使用液2mL。
9支试管中各加入发色剂1mL。
并分别放入玻璃球于试管口上,将试管放入沸水浴中,准确加热16分钟。
在20±0.1水浴中冷却20分钟,再各加入稀释溶液5mL,充分摇匀,用空白试管(4、5、6号试管)调节仪器零点,于波长570nm下测吸光度[7]。
实验应在30分钟内完成。
结果计算
X10=Α1×2×n
Α2
式中:
X10-麦芽汁中的α-氨氨基氮含量。
Mg/l
Α1-样液的平均吸光度
Α2-甘氨酸标准使用液的平均吸光度
2-甘氨酸标准使用液中α-氨基氮的含量,mg/l
n-样液的稀释倍数
X11=X10(800+X2)×10
D(100-G)(100-X2)
式中:
X11-麦芽汁中的α-氨基氮含量,mg/100g无水麦芽
第三章结果与分析
3.1α-氨基氮与啤酒酵母
健康的啤酒酵母,其胞外蛋白分解酶活力很弱,酵母所需要的氮源主要依靠麦芽汁中的氨基酸。
啤酒酵母啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下,利用麦汁中的可发酵性物质而进行的生命活动,其代谢的产物就是所要的成品啤酒。
不同的酵母菌种有着不同的生理特性,其代谢副产物的种类及含量均有差异,故形成的啤酒风味也不同。
啤酒的代谢产物主要包括乙醇和CO2,另外还有一些代谢副产物,这些物质有强烈的风味和酒花中的一些物质共同构成了啤酒的风味。
α-氨基氮是酵母生长繁殖的唯一氮源,它提供合成酵母细胞的原生质和其他结构的材料,所以α-氨基氮的含量不仅关系到酵母的营养问题,也关系到酵母代谢产物的变化.α-氨基氮含量低时,酵母将进行合成代谢途径,合成自身所需的氨基酸,从而形成较多的α-酮酸中间体,产生较多的高级醇;当麦汁中α-氨基氮含量较高时,这时酵母繁殖量增加,亦导致代谢副产物增加,高级醇量亦增加,因此对12°P麦汁来说,麦汁中α-氨基氮含量在180~200mg/L比较合适,这样既可满足酵母对氮的需要,又可防止形成过多的高级醇。
于7℃在14°的原麦汁中按1.0×107个/mL的接种量接入酵母,于10°主酵7d,4°后酵7d,原麦汁PH为5.56。
3.1.1α-氨基氮含量对酵母生长的影响
在氨基氮含量低的麦汁中酵母增殖倍数大,如在氨基氮为118mg/L的麦汁中增殖了8倍,145mg/L中增殖了10倍,167mg/L中增殖了4倍,而含量为183mg/L,206mg/L,231mg/L,中均增殖了5倍。
为了减少代谢副产物的增加,可以适当限制酵母在发酵时的浓度,最好控制增殖倍数在3~4倍[8]。
因此,在氨基氮为167mg/L的麦汁中的酵母增殖倍数有助于控制适当含量的代谢产物。
如图3.1所示,酵母在啤酒发酵中增殖的情况。
图3.1不同氨基氮含量的麦汁对酵母生长的影响
3.1.2糖化中最适α-氨基氮量的控制结果
表3.2蛋白酶分解与休止时间对α-氨基氮影响
蛋白酶分解温度(℃)
45
46
47
48
49
50
休止时间(s)
10
20
30
40
50
60
α-氨基氮的含量(mg/L)
144
153
169
183
185
197
如表3.2所示:
蛋白酶分解温度控制在45~50℃,休止时间控制在一分钟内,α-氨基氮的含量都是在升高的,其中最适分解温度是48~49℃,最佳休止时间是40s。
研究还表明α-氨基氮的最适含量169mg/L左右。
3.1.3PH值变化
图3.2不同α-氨基氮含量的麦汁对PH值的影响
由图3.2可以看出,α-氨基氮含量为167mg/L的麦汁制得的啤酒PH值也是较为适中的。
α-氨基氮含量愈低的麦汁发酵后PH值愈低,而α-氨基氮含量逐渐升高的麦汁发酵后所形成的PH值反而降低。
这说明麦汁本身的成分也是影响啤酒PH值的因素,适宜的PH值能赋予啤酒柔和清爽的口感。
3.1.4α-氨基氮与酵母的同化作用
表3.3酵母对α-氨基氮的同化
麦汁中α-氨基氮(mg/L)
α-同化值(mg/L)
氨基氮同化率(%)
118
105
65
145
107
63
167
112
62
183
108
57
206
112
56
231
120
56
如表3.3所示:
麦汁中α-氨基氮含量在167-183mg/L时酵母对氨基氮的同化率较高,能达到62%-65%,而麦汁中氨基氮含量提高到190-213mg/L时氨基氮同化率只有56%左右。
发酵过程酵母同化α-氨基氮的绝对值为105-120mg/L,麦汁中α-氨基氮越高,成熟的发酵液中残留的α-氨基氮越高,说明α-氨基氮的利用是有限的。
3.2α-氨基氮与双乙酰
3.2.1双乙酰的概念
双乙酰,它是缬氨酸生物合成时的副产物。
作为双乙酰前驱体的α-乙酰乳酸是在缬氨酸生物合成中产生的一个中间产物,它分泌到酵母细胞外,在无酵母作用的情况下,经化学的氧化(非酶氧化)转化成双乙酰。
随后双乙酰再回到细胞内还原成乙偶姻和2,3-丁二醇。
这个还原反应恢复了氧化的NΑD+。
并且有助于保持酵母细胞内的氧化还原平衡。
3.2.2双乙酰与α-氨基氮含量的关系
双乙酰是啤酒中重要的风味物质,它的含量是啤酒质量的一个重要指标。
双乙酰的含量是指成熟发酵液中双乙酰及其前驱体α-乙酰乳酸的含量,若其含量超过口味阀值0.1mg/L,啤酒具有一种饭馊味,这是一种普遍存在的啤酒口味质量问题[2]。
通过对啤酒制备过程中不同阶段双乙酰含量的测定,可知双乙酰主要是在主酵期间形成,也是在主酵期间被还原。
α-乙酰乳酸其形成所需酶—缩合酶受该途径终产物缬氨酸的反馈抑制[3]。
因此,提高麦汁中α-氨基酸的含量,相应的缬氨酸含量增加,就会反馈抑制缩合酶的活性,α-乙酰乳酸生成受到抑制,从而降低双乙酰的生成量。
表3.4双乙酰生产量与不同麦汁α-氨基氮含量的关系
样品
1
2
3
4
5
6
氨基氮mg/L
118
145
167
183
206
231
双乙酰mg/L
0.07
0.05
0.08
0.78
0.45
0.53
如表3.4所示:
根据双乙酰形成途径和调节机制可知,双乙酰的前体物质是α-乙酰乳酸,其形成所需酶——缩合酶受该途径终产物缬氨酸的反馈抑制。
因此,提高麦汁中α-氨基氮含量,相应的缬氨酸含量增加,就会反馈抑制缩合酶的活性,α-乙酰乳酸生成受到抑制,从而降低双乙酰的生成量。
缬氨酸
丙酮酸(糖的代谢中间产物)→α-乙酰乳→泛酸
亮氨酸
异丁酸
图3.3双乙酰的形成图
如图3.3所示,缬氨酸能通过抑制α-乙酰乳酸的生成来反馈抑制双乙酰的生成。
而缬氨酸是α-氨基氮中的一种重要成分,所以α-氨基氮的含量高低直接影响着双乙酰形成的多少。
由我们的实验数据和曲线图可以看出,α-氨基氮<180mg/L时双乙酰含量随α-氨基氮的含量变化明显,说明α-氨基氮的含量不足;α-氨基氮>200mg/L时,双乙酰含量几乎停留在同一数值,说明α-氨基氮过量;α-氨基氮在180~200mg/L之间时,双乙酰含量随α-氨基氮含量变化趋于平缓[9]。
我们可以得出结论:
167mg/L左右是α-氨基氮在冷却麦汁中的最适含量。
图3.4不同α-氨基氮含量的麦汁对双乙酰含量变化的影响
如图3.4所示为双乙酰含量的变化趋势。
可以看出利用α-氨基氮含量低的麦汁发酵所形成的双乙酰峰值明显较用α-氨基氮含量高的麦汁发酵所形成的峰值高,氨基氮含量为118mg/L,145mg/L,167mg/L的麦汁经酵母发酵后所形成的双乙酰峰值分别为0.78mg/L,0.65mg/L,0.53mg/L,而氨基氮含量分别183mg/L,206mg/L,231mg/的麦汁经酵母发酵后所形成的双乙酰峰值则均为0.48mg/L,经过酵母的还原,后酵结束后,α-氨基氮含量为167mg/L的麦汁所形成的双乙酰含量最低0.08mg/L,而且它形成的双乙酰峰值仅稍高于!
α-氨基氮含量为183mg/L,206mg/L,231mg/的麦汁所形成的。
因此我们推断,啤酒中双乙酰的
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