乙醛也是“活的“

前文：

不良风味：乙醛及其毒理学简介

本文主要探索以下问题：

• 乙醛在发酵中的代谢途径
  

• 氧气/温度与啤酒储藏中乙醛浓度升高的关系

• 酵母对乙醛的调节及乙醛对发酵的抑制

• 其他有可能导致乙醛浓度升高的因素
  

途径解释 

发酵中乙醛的代谢途径

与其他发酵副产物一样，乙醛的也有一个完整的代谢途径。在无氧发酵过程，丙酮酸（Pyruvate）在丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarboxylase，PDC）作用下生成乙醛和二氧化碳，乙醛再经由乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）的作用下将乙醛还原为乙醇。如下图所示。[1]

源： Yeast: World's Finest Chef

值得注意的是，葡萄糖（Glucose）代谢为丙酮酸的过程释出的NADH（Nicotinamide adenine dinucleotide，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，一种用于“运载”氢离子的辅酶），参与到了乙醛代谢乙醇的过程；而乙醛代谢过程释出的NAD+将重新参与到葡萄糖代谢丙酮酸的过程。中间构成了一个循环。

ADH 

然而，细心的读者可能会发现，图中乙醛到乙醇的途径是可逆的。其实，ADH能够同时将乙醇转化为乙醛，又能将乙醛转化为乙醇。严谨的表达是：目前发现ADH有5种不同的变体，ADH1到ADH5，除了ADH2之外，其他均对葡萄糖产生高活性（Km值小，对底物亲和力强），仅ADH2对乙醇高活性。[3]而酿酒酵母里，主要发现的是ADH1和ADH2，而ADH2仅在有氧繁殖下的酵母细胞中发现。[2]

酵母在葡萄糖基本消耗殆尽后，会转而借助ADH2消耗乙醇为自己供能。但这个过程需要氧气参与，也就是有氧发酵。[4]对于教科书指导的酿酒过程，酵母初始繁殖阶段的充氧（Aeration）过程会繁殖出部分带有ADH2的酵母细胞（而零售的酵母系有氧扩培而来，一定带有ADH2基因）。但发酵的中后期，酵母已经进入无氧繁殖，且培养环境溶氧浓度已经很低，也就无从激活ADH2。 

酵母对乙醛的调节及乙醛抑制酵母发酵 

乙醛能够抑制酵母的发酵，在一篇关于酒精发酵过程中乙醛浓度动力学的论文就提到。[5]

来源：Modification of the Acetaldehyde Concentration during Alcoholic Fermentation and Effects on Fermentation Kinetics 

上图展示了在不同的发酵时段内添加乙醛对于发酵（用二氧化碳生成量代表）的抑制。实验环境为1.2L的小型发酵器，45mM乙醛在1.2L的环境内大约1650ppm的浓度。高浓度乙醛对细胞的抑制，除了其对细胞的毒性外，也因为酵母在发酵过程中对产物浓度调节的作用。[5]

酵母的确能够调节乙醛含量。 下图展示了在相同时段加入不同的乙醛量在酵母调解下的变化。

来源：Modification of the Acetaldehyde Concentration during Alcoholic Fermentation and Effects on Fermentation Kinetics

从上图为在指数发酵期（exponential phase）的一段时间内持续向发酵液里灌注乙醛，分别为每小时0.98mol，1.64mol及2.3mol的速率，时长大约为35小时。

尽管最终结果乙醛残留不一，但我们可以见到长时间持续地灌注大量乙醛，依旧会被酵母调节至一个较低的水平。实际环境中，指数发酵期过后，仍然会留有部分乙醛在啤酒中。所以要强调需要留一定的时间让酵母去调节啤酒里的乙醛，尤其是在葡萄糖消耗殆尽后的缓慢发酵期，该发酵期内酵母活性降低，容易造成乙醛的积累。 

温度与氧气对啤酒的影响 

聊完途径与调节后，我们聊聊去掉酵母后，啤酒会发生什么事。

在一篇关于陈放拉格啤酒里乙醛生成动力学的研究中，研究人员对同一啤酒进行了空气含量及温度下两个不同维度的乙醛生成速率测定。[6]

 来源：Kinetics of Acetaldehyde Formation during the Staling of Lager Beer  

这个研究中的空气是指，包装头部的空气含量（实验中是使用Zahm-Nagel的设备检测）。0.4ml/12oz的空气含量意味着该酒大概有331ppb氧气，而0.8ml/12oz则有662ppb。该实验有点年头，现在部分商业罐装机保证TPO（Total Package Oxygen，包装总氧含量）低于50ppb，意味着在罐装过程，包装头部空气加上液体溶氧一起会低于50ppb（不包含原酒液的溶氧量）。 

但这个研究对于家酿而言还是有指导作用，看图我们得知乙醛生成的速率与温、空气含量呈正相关，老生常谈的低温储藏，减少装瓶时意外导致的高氧含量依旧值得再次被提起。 

另一份关于自由基在啤酒氧化中作用的论文提到，啤酒在60摄氏度度下强制老化5天，能够检测到明显的乙醛上升。当加入过氧化氢时，结果更加明显。这个实验结果为我们揭示不加入额外氧气的情况下，乙醛也会有所增长。当然，加入强氧化剂（过氧化氢）后更加明显。[7]

来源：The Role of Free Radicals in Beer Oxidation 

乙醛的非氧化再生 

缩醛

上面我们已经提到了，在高温与空气作用下乙醛的生成动力学曲线。除了氧气和温度外，江南大学一份关于发酵及储藏过程中啤酒里乙醛及缩醛（diethylacetal，1,1-Diethoxyethane）的测定，就提到了缩醛在一定条件下产生乙醛。[8] 

 来源：Simultaneous determination of diethylacetal and acetaldehyde during beer fermentation and storage process

这份论文里提到，乙醇与乙醛在酸性环境下会生成缩醛及水，反之亦然。[8]而从上面的结果显示，长时间放置及强制老化的啤酒均出现缩醛减少而乙醛增加的现象。这表示，潜伏在酒里的缩醛缓慢反应，会是啤酒老化过程乙醛浓度增加的一个可能性。 

亚硫酸醛类加合物

在讲亚硫酸盐抑制E2N（反二壬烯醛）的时候，就提到醛类可以被二氧化硫或亚硫酸盐加合而成生成亚硫酸醛类加合物（Bisulfite-aldehyde）。这个在探索亚硫酸盐抑制E2N的文章中就有提到，乙醛更容易被亚硫酸盐加合。 

来源：亚硫酸盐抑制E2N的机理

而另外一份关于啤酒储藏中醛类释放的论文则提到，对比其他醛类，少量的硫酸根就可以让乙醛保持不游离的状态。[9] 

来源：LIBERATION OF STALING ALDEHYDES DURING STORAGE OF BEER 

该实验中，添加的是焦亚硫酸盐（sodium metabisulphite），实验中0.01M（即0.01mol）的焦亚硫酸盐在实验环境（150ml，pH4.0的柠檬酸钠缓冲液）实际上释出亚硫酸根浓度可达2880ppm，而0.01M的乙醛在实验环境中大约有440ppm的浓度，浓度比大约为6.5：1。 

假设6.5倍量的亚硫酸根就可以完全加合乙醛，那对于实际啤酒就有指导意义，毕竟0.21ppm的乙醛就可以被察觉。在啤酒里，水质、酵母发酵过程皆会产生一定数量的亚硫酸根，一定程度上与乙醛反应成为加合物，成为潜伏在啤酒里的风味老化物。

以上两个并非就是所有乙醛非氧化再生的可能性，只是限于篇幅，暂时讨论到这里。

本文探索了乙醛在发酵中的途径及乙醛浓度上升的部分原因。下一篇我们将继续探索如何降低乙醛浓度。

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参考资料：

1 Yeast: World's Finest Chef

2 Resurrecting ancestral alcohol dehydrogenases from yeast

3 The alcohol dehydrogenases of Saccharomyces cerevisiae / a comprehensive review

4 Molecular Mechanisms in Yeast Carbon Metabolism （p70）

5 Modification of the Acetaldehyde Concentration during Alcoholic Fermentation and Effects on Fermentation Kinetics

6 Kinetics of Acetaldehyde Formation during the Staling of Lager Beer  

7 The Role of Free Radicals in Beer Oxidation 

8 Simultaneous determination of diethylacetal and acetaldehyde during beer fermentation and storage process 

9 LIBERATION OF STALING ALDEHYDES DURING STORAGE OF BEER