《Food Research International》：Kilning with smoke-affected air impacts the chemical and aromatic qualities of Cascade hops
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煙霧暴露對啤酒花化學及感官特性的影響研究。通過模擬不同空氣質量條件下的烘干工藝，發現空氣質量指數（AQI）與啤酒花揮發性酚類（VP）濃度呈中度正相關（R2=0.6815），其中57.5%-79.2%的VP來自松木燃燒產生的愈創木酚和4-甲基愈創木酚。傳統質量指標（α-酸、HSI等）未受顯著影響，但感官評價顯示煙霧暴露導致柑橘類香氣強度下降，同時煙熏、肉質和人工燒烤風味描述頻率增加，表明需結合化學和感官分析評估煙霧污染風險。
Cade A. Jobe | Thomas H. Shellhammer
俄勒岡州立大學，食品科學與技術系，美國俄勒岡州科瓦利斯市
摘要
隨著主要啤酒花種植地區的野火事件加劇，人們對煙霧暴露對啤酒花質量影響的擔憂也在增加。本研究使用了一個試點規模系統，在該系統中通過燃燒混合冷杉顆粒引入煙霧，評估了在不同空氣質量條件下烘烤Cascade啤酒花的效果。研究發現，空氣質量（通過空氣質量指數AQI表示）與干燥啤酒花中的總揮發性酚（VP）濃度之間存在中等程度的正相關關系（R2 = 0.6815）。鄰甲氧基苯酚和4-甲基鄰甲氧基苯酚占總VP的55-79%，這可能是由于冷杉木材中的木質素熱解所致。傳統的啤酒花質量指標（如α-酸、HSI、總油分和油分組成）未受到影響，盡管某些揮發性萜類化合物（如香葉醇、檸檬醛）隨著AQI的增加而略有增加。感官評估（包括全面檢查法和線性評分法）顯示，隨著VP的增加，柑橘和整體啤酒花香氣強度下降，而煙熏、肉味和人工燒烤等描述詞的出現頻率增加。這些發現表明，暴露在煙霧中的啤酒花可能保留了核心的質量指標，但由于酚類物質的吸收而表現出感知上的退化，這突顯了需要綜合化學和感官方法來評估啤酒花中的煙霧污染，并為易發生野火的地區的產后處理提供信息。
引言
近年來，關鍵啤酒花（Humulus lupulus）種植地區的野火發生頻率和嚴重程度顯著增加，尤其是在美國太平洋西北部（Dye等人，2024年；Halofsky等人，2020年）。這種野火活動的加劇引發了啤酒花種植者和釀酒商對野火煙霧對啤酒花質量和啤酒風味潛在影響的擔憂。雖然煙霧暴露對葡萄酒的影響已經得到了廣泛研究，其中煙霧產生的揮發性酚類物質會在成品葡萄酒中積累并產生異味（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），但關于啤酒花的研究仍然很少。鑒于以啤酒花為主要香氣的啤酒風格的日益流行，其中微妙的香氣變化會顯著影響感官體驗和消費者偏好，因此了解煙霧暴露如何改變啤酒花的化學成分在科學和商業上都非常重要（González-Salitre等人，2023年；Hopfer等人，2021年）。
啤酒花是啤酒的關鍵成分，因其苦味特性和復雜的香氣而受到重視，這種香氣來自多種次生代謝物，包括萜類化合物、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為其啤酒增添苦味，同時其多樣的香氣為IPA等啤酒風格增添了熱帶、果香、草本和樹脂等令人喜愛的風味。啤酒花的產后處理通常包括烘烤，即將啤酒花錐與加熱的強制通風空氣一起干燥，這期間啤酒花容易受到環境污染（Rubottom & Shellhammer，2024年）。空氣中的煙霧化合物可能會吸附在啤酒花表面或滲透到啤酒花組織中。然而，煙霧顆粒在烘烤過程中被啤酒花吸收的程度尚未得到探索。
在美國，煙霧事件期間的空氣質量信息通過美國環境保護署（EPA）的空氣質量指數（AQI）向公眾傳達（Horn & Dasgupta，2024年）。由于AQI信息易于獲取，啤酒花種植者傾向于在野火煙霧事件期間使用AQI來做出農場管理決策，例如在空氣質量較差時是否繼續收獲活動。AQI利用五種主要污染物（顆粒物污染、地面臭氧、一氧化碳、二氧化硫和二氧化氮）的濃度來生成一個指數值，對應于六個顏色編碼的關注級別之一（AQI Basics | AirNow.Gov，無日期）。這些關注級別向公眾傳達了與環境空氣質量相關的健康風險。直徑2.5微米及以下的顆粒物（PM?.?）對人類健康構成最大風險，在野火煙霧存在時通常會成為AQI評級的依據（美國環境保護署，2016年）。然而，顆粒物傳感器無法提供有關煙霧顆粒中具體化合物（如揮發性酚類）的信息，也無法說明它們對暴露于煙霧中的農產品的化學和感官方面的影響。
揮發性酚類物質，如鄰甲氧基苯酚、4-甲基鄰甲氧基苯酚（4MG）和甲酚，是煙霧香氣/風味的主要貢獻者，會產生煙熏、藥用或灰燼等香氣（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）。這些化合物主要來源于木質素的燃燒，木質素是植物中一種重要的基于酚類的結構聚合物（Lu & Gu，2022年）。木質素由三種主要類型的酚類單體組成——鄰甲氧基（G型）、ρ-羥基苯基（H型）和丁香基（S型）（Ralph等人，2019年）。木質素的組成因植物種類而異，裸子植物（如冷杉、松樹和云杉）含有較高比例的G型單體（圖1）（Ralph等人，2019年）。在熱解過程中，木質素聚合物分解，其中G型木質素主要轉化為鄰甲氧基苯酚或4-甲基鄰甲氧基苯酚，而H型木質素通常轉化為o、m或p-甲酚（圖1）（Abu-Omar等人，2021年；Lu & Gu，2022年）。這些揮發性酚類以氣體或顆粒形式存在于煙霧中，這意味著環境空氣中的顆粒物測量值（如PM?.?濃度）可能無法可靠地反映煙霧暴露引起的化學或感官變化（van der Hulst等人，2019年）。
用于評估啤酒花質量的傳統指標，如α-酸含量、總油分、啤酒花儲存指數（HSI）和特定萜類化合物譜，并未考慮煙霧衍生的污染物，可能無法反映環境暴露對風味質量的影響。因此，迫切需要結合化學和感官分析的方法來評估野火煙霧對啤酒花的影響。盡管最近的研究引入了一種量化啤酒花中揮發性酚類的方法（Williams & Alexander，2021年），并嘗試在實驗室模擬中識別煙霧影響的標志物（Sandoval等人，2025年），但尚未有研究直接探討烘烤過程中環境煙霧與干燥啤酒花中的揮發性酚類濃度或感官結果之間的關系。
本研究通過一項受控烘烤試驗來解決這一空白，該試驗使用Cascade啤酒花在干燥過程中暴露于不同的空氣質量條件下。本研究（i）評估了在不同煙霧水平下烘烤的Cascade啤酒花對揮發性酚類的吸收情況，（ii）量化了傳統啤酒花質量指標和揮發性萜類化合物譜在空氣質量變化下的變化（如果有的話），以及（iii）通過全面檢查法（CATA）和線性評分法評估了煙霧暴露的感官影響。然后使用多元統計方法整合化學和感官數據，揭示了煙霧暴露、揮發性酚類積累、傳統啤酒花質量指標和感知結果之間的關系。這些結果提供了關于用受煙霧污染的空氣干燥啤酒花機制和后果的新見解，并對易受煙霧影響的地區的產后處理具有實際意義。
部分摘錄
受控煙霧暴露
在三天內，從愛達荷州北部商業種植的Cascade啤酒花被收獲，通過改良的Wolf 170啤酒花采摘機進行清洗，然后裝入一個1.2米×1.2米×1.2米的箱子中，這些箱子安裝在一個試點規模的烘烤系統中。每個箱子中加入約85公斤的濕啤酒花，堆放深度約為0.75米，并設置在63°C下干燥，直到啤酒花的含水量降至8%至11%。干燥時間根據農場的標準操作確定，范圍為5.5至7.5小時。
結果與討論
用受煙霧污染的空氣烘烤啤酒花增加了揮發性酚類的吸收，導致煙熏香氣增強，同時降低了理想的啤酒花特性，如柑橘和整體啤酒花香氣強度。
結論與未來方向
即使在空氣質量中等的情況下，烘烤過程中的煙霧暴露也會導致揮發性酚類（VP）的吸收量增加，足以改變啤酒花的香氣。重要的是，僅依賴AQI可能無法充分預測啤酒花對煙霧的吸收程度或感官結果，因為盡管煙霧暴露水平相似，但酚類濃度和香氣屬性仍存在顯著差異，這可能是由于大氣壓力、濕度和溫度等天氣條件的不同所致。
CRediT作者貢獻聲明
Cade A. Jobe：寫作——審閱與編輯、撰寫初稿、可視化、驗證、監督、軟件使用、方法論、調查、正式分析、概念化。Thomas H. Shellhammer：寫作——審閱與編輯、可視化、監督、資源管理、項目協調、方法論、資金獲取、數據整理、概念化。
寫作過程中使用生成式AI和AI輔助技術的聲明
作者承認使用了生成式AI工具，特別是OpenAI的ChatGPT（GPT-4.5和5.0，2025年7月至11月版本），來協助編輯手稿的部分內容。AI輔助提高了清晰度、結構性和學術風格的遵循度，但沒有替代作者的批判性思維、數據分析和科學解釋。沒有使用AI工具來生成、分析或解釋實驗數據。所有科學內容、結論和最終結果均由作者本人完成。
利益沖突聲明
作者聲明以下財務利益/個人關系可能被視為潛在的利益沖突：Thomas H. Shellhammer報告稱獲得了啤酒花研究委員會的財務支持。如果有其他作者，他們聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
作者感謝Elk Mountain Farms的Ed Atkins、Darcy Lammers和Don Allenberg提供的技術建議、項目支持以及項目所需的試點烘烤設施的使用。作者還感謝Shellhammer實驗室的本科生研究人員在準備各種化學和感官分析樣品方面所付出的努力。
