《食品科学》：马长伟教授、王立敏博士等：4 种国产啤酒花生长期主要化学成分积累规律分析

啤酒花（Humunus lupulus L.），又名为“蛇麻花”，属于大麻科（Cannabaceae）葎草属（Humulus）多年生草质蔓生藤本植物。啤酒花除了应用于啤酒酿造方面外，凭借其良好的生物活性也正成为医药方面的研究热点。近年来的研究显示，啤酒花不仅具有镇定、催眠、杀菌、抗炎等作用，还表现出抗氧化、防治骨质疏松、抗肿瘤和植物雌激素样作用等多种功效。这些功效主要与啤酒花中的黄酮、多酚和苦味酸等物质有关，尤其是异戊烯基黄酮类物质，如黄腐酚、异黄腐酚、6-异戊烯基柚皮素（6-PN）和8-异戊烯基柚皮素（8-PN）。因此，明确啤酒花中以黄酮为主的化学成分积累规律，对于开发不同功能应用的啤酒花产品和确定最佳采收期具有重要意义。

探究植物生长过程中不同化学成分的积累规律，明确某种或多种化学成分积累达到峰值的最佳时间，可以确定该植物的最佳采收期，同时提高农产品的品质和经济附加值。目前已有学者通过追踪植物中化学成分的含量，确定该植物的最佳采收期。

中国农业大学食品科学与营养工程学院的郎新旭、马长伟*和天津商业大学生物技术与食品科学学院的王立敏*等以在我国有一定种植历史及种植规模的马可波罗、札一、青岛大花、麒麟丰绿4种啤酒花为研究对象，通过跟踪测定啤酒花从出现球果到大规模采收这一过程中不同生长阶段（S1～S5）的球果长度、水分含量、总黄酮含量、总多酚含量、异戊烯基黄酮含量（黄腐酚、异黄腐酚、6-PN、8-PN）、苦味酸含量（α-酸、β-酸）等，探讨酒花主要化学成分的积累规律及对应的峰值，明晰不同生长阶段各化学成分之间的相关关系。本研究旨在为我国啤酒花生长过程中各主要化学成分积累规律的研究提供数据支撑，为将来不同品种国产啤酒花最佳采收期的确定及功能性酒花产品的开发利用提供参考。

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不同酒花在生长期内球果长度及含水量的变化

如图1所示，马可波罗、札一、麒麟丰绿球果呈心型，青岛大花球果呈长条状。啤酒花球果的长度是衡量酒花是否达到采收标准的重要指标之一，外观饱满、长度适中的球果代表酒花品质较高。如图2A所示，4种酒花球果长度从现蕾至收获期（S1～S5）持续增加，其中青岛大花在S3、S4生长阶段球果长度显著增大，与其酒花外观相印证。除此之外，含水量也是啤酒花采收时参考的重要指标之一，对成品酒花的品质具有重要影响，含水量过高可能导致产品发霉、腐烂，不利于后期加工利用。目前农业上一般根据酒花含水量或球果状态判断采收时间，当酒花水分质量分数达到80%左右，花体闭合并坚实，颜色呈现黄绿色或淡黄色，达到采收标准。如图2B所示，4种啤酒花的水分质量分数在生长过程中（S1～S5）均呈现先升高再降低的规律。马可波罗、札一、青岛大花水分质量分数在S3阶段达到峰值，麒麟丰绿水分质量分数在S2阶段达到峰值。札一在S2、S3阶段、青岛大花在S2、S3阶段的酒花水分质量分数略高于采收标准，分别为（81.00±1.90）%、（82.68±1.11）%、（80.69±0.12）%以及（81.88±0.34）%，其余采样点水分质量分数均接近或低于80%，符合要求。

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不同酒花在生长期内总黄酮的变化

啤酒花中的黄酮类物质不仅赋予啤酒涩感和苦味，并且具有良好的生物活性。如图3所示，4种啤酒花总黄酮含量在生长过程中不断积累，均在S3阶段显著升高并达到峰值，且与同品种酒花其他生长阶段的总黄酮含量有显著差异。其中，麒麟丰绿总黄酮含量在S1～S4阶段均高于其他3种啤酒花，其中S3阶段总黄酮含量最高，达到（46.66±5.16）mg/g，表明麒麟丰绿在酒花黄酮含量方面具有优势。

有研究表明，植物黄酮的合成不仅受到基因的影响，也与光照、温度、水分、矿物质营养与盐胁迫、生物因子等因素有关。当植物体面对恶劣的生态环境时，会合成黄酮类化合物抵御危胁。而本实验中S3阶段为8月中下旬，此时外界环境气温较高、降水不稳定、病虫害频繁，因此在S3阶段啤酒花中黄酮类化合物快速积累。而在随后的生长阶段中，生长环境逐渐好转，植物对黄酮物质的需求量降低，植物体内调控黄酮合成的酶活性降低，导致黄酮合成量减少。此外，麒麟丰绿的种植地为北京平谷，其他3种酒花的种植地为新疆石河子，这种地理和生长环境的差异可能是导致其总黄酮含量在S1～S4阶段均高于其他3种酒花的原因之一。

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不同酒花在生长期内总多酚含量的变化

酒花多酚具有较强的抗氧化能力，对延长啤酒的保质期及保持风味稳定性起到了关键作用。如图4所示，4种啤酒花总多酚含量在生长过程中不断积累，在S3或S4阶段达到峰值，随后出现下降趋势。其中，马可波罗和青岛大花酒花的总多酚含量在S4阶段达到最高，分别为（62.27±1.65）mg/g和（47.04±2.04）mg/g。札一和麒麟丰绿酒花的总多酚含量在S3阶段达到最高，分别为（58.61±1.77）mg/g和（83.16±1.30）mg/g。4种酒花的总多酚含量峰值与同品种其他生长阶段的总多酚含量均有显著差异，这与Afonso等的研究结果相似。多酚含量在啤酒花的生长过程中逐步增加，在球果的成熟阶段达到峰值，且不同品种的积累规律略有差异。造成该现象的原因主要是气候条件、土壤管理和生长年份等环境因素的影响。本研究中麒麟丰绿的种植地与其他3种酒花不同，可能是造成其酒花多酚积累规律产生差异的原因。

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不同酒花在生长期内黄腐酚、异黄腐酚、6-PN、8-PN含量的变化

黄腐酚、异黄腐酚、6-PN、8-PN是酒花中含量较多的异戊烯基黄酮类物质，其中黄腐酚是含量最高，且目前仅在啤酒花中发现的一种黄酮类物质。如图5所示，4种酒花中的黄腐酚含量均明显高于其他3种黄酮类物质。S4阶段的马可波罗酒花黄腐酚含量最高，为（4.04±0.01）mg/g，青岛大花、札一、麒麟丰绿酒花的黄腐酚含量分别在S5阶段（（3.16±0.03）mg/g）、S4阶段（（3.00±0.03）mg/g）、S3阶段（（2.45±0.12）mg/g）达到峰值（图5A）。异黄腐酚含量最高的样品为S3阶段的马可波罗酒花，其含量为（0.16±0.00）mg/g（图5B）。6-PN含量最高的样品为S5阶段的麒麟丰绿酒花，其含量为（0.69±0.01）mg/g（图5C）。8-PN含量最高的样品为S3阶段的札一酒花，其含量为（0.09±0.00）mg/g，麒麟丰绿酒花在各阶段均未检出8-PN（图5D）。

在啤酒花生长发育过程中，黄腐酚、6-PN、8-PN均由同种前体物质——柚皮素查耳酮在不同酶的调控下分别合成。其中黄腐酚的合成与异戊二烯转移酶（prenyltransferase，PT1L）和 O -甲基转移酶有关 。这两种酶不仅受到基因的调控，同时受光照、温度、水分、土壤中矿物质等营养物质以及植物激素的影响。因此，不同品种以及不同生长环境下的啤酒花黄腐酚含量存在差异。本实验结果显示，马可波罗、札一酒花的黄腐酚含量在S4阶段出现峰值；青岛大花的黄腐酚含量随着生长阶段不断增加，在S5阶段积累最多；麒麟丰绿酒花中的黄腐酚含量则在S3阶段出现峰值（图5A）。异黄腐酚是黄腐酚在加热、酸性或紫外线照射等条件下自发发生异构化形成的物质。在S3阶段，马可波罗和札一由于生长环境气温高、紫外线照射强烈，使黄腐酚异构化产生较多的异黄腐酚；青岛大花前期合成的黄腐酚较少，进而异构产生的异黄腐酚也较少，而后期合成较多黄腐酚，因此异黄腐酚含量在S5阶段最高；麒麟丰绿的异黄腐酚含量在S1～S4阶段较为稳定，在S5阶段大幅度增加，并出现峰值（图5B）。酒花中6-PN和8-PN的合成主要受查耳酮异构酶和PT1L的调控 。麒麟丰绿酒花的6-PN含量整体高于其他品种酒花，而各阶段均未检出8-PN，这一现象可能归因于麒麟丰绿样品中异戊二烯基转移酶仅作用于其底物柚皮素的C6位。

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不同酒花在生长期内苦味酸（α-酸和β-酸）含量的变化

苦味酸是啤酒苦味的最重要来源，其中α-酸和β-酸是啤酒花中含量最高的苦味酸。α-酸在麦汁煮沸过程中可赋予啤酒独特的苦味，并对啤酒的整体品质产生重要影响。β-酸对多种细菌（尤其是革兰氏阳性菌）具有天然的抑制作用，有助于延长啤酒的保质期。因此，苦味酸含量也是评价酒花品质的核心指标之一，决定了啤酒花的经济价值。如图6所示，4种啤酒花的α-酸及β-酸含量在S1～S5生长阶段均呈现先增加后减少的趋势。4种啤酒花的α-酸含量均在S4阶段达到最高值，且明显高于同品种啤酒花其他阶段。马可波罗、札一、青岛大花的β-酸含量在S3阶段达到最高值，麒麟丰绿的β-酸含量则在S4阶段达到最高值。结果表明，酒花中α-酸的合成与积累普遍晚于β-酸，这一现象与de Keukeleire等的研究结果相似。有研究发现，α-酸与β-酸在植物体中的合成来自于同一底物脱氧葎草酮，因此造成两种苦味酸积累差异的现象可能与调控α-酸与β-酸合成的酶活性有关。

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酒花各化学成分相关性分析

通过分析不同植物化学成分之间的相关性，筛选出与成熟度密切相关的关键指标，可以为精准判断酒花最佳采收期提供科学依据。以Pearson相关系数作为筛选指标，对4种啤酒花中的总黄酮、总多酚、α-酸含量和β-酸含量进行相关性分析。

由图7可知，4种啤酒花的总黄酮、总多酚、α-酸和β-酸之间均存在不同程度的正相关性。马可波罗酒花的4种化学成分之间均呈极显著相关（P＜0.01）（图7A）。札一酒花的总黄酮与其他3种成分、α-酸与β-酸均呈极显著相关（P＜0.01），总多酚与α-酸、β-酸无显著相关性（图7B）；青岛大花酒花中总黄酮与总多酚、β-酸以及总多酚与α-酸、β-酸均呈极显著相关（P＜0.01），α-酸分别与总黄酮、β-酸呈显著相关（P＜0.05）（图7C）。麒麟丰绿酒花中总黄酮与其他3种成分、β-酸与α-酸均呈极显著相关（P＜0.01），总多酚与α-酸呈显著相关（P＜0.05）（图7D）。同种酒花中总多酚、总黄酮、α-酸、β-酸之间的相关性较高，可作为啤酒花成熟度的指标。这与李安林等的研究方法相似，其通过分析疏花蔷薇果内在指标，发现总多酚、总黄酮、总有机酸、总多糖、总氨基酸的相关性较高，可作为判断疏花蔷薇果成熟度的指标。

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主成分分析（PCA）

PCA作为一种统计方法，通过将多个化学指标转化为几个关键的成分，以更科学地判断植物成熟度，优化采收管理。本研究对不同生长阶段4种酒花的总黄酮、总多酚、α-酸、β-酸以及黄腐酚含量进行了PCA，结果如图8所示。PC1与PC2累计方差贡献率均达到90%以上，表明PC1和PC2可以代表啤酒花的主要特征。不同生长阶段的马可波罗、札一、青岛大花和麒麟丰绿啤酒花均可以实现良好的相互区分。其中，马可波罗中S3阶段与其他阶段样品差异较大；札一中S2与S5阶段样品较为相似，且S1阶段样品与其他阶段差异较大；青岛大花中S1与S2阶段样品较为相似；麒麟丰绿中S2与S4阶段样品较为相似。

为综合评价啤酒花整体品质，采用综合评价得分选择最佳采收期。综合评价函数系数分别为PC1和PC2的方差贡献率除以累计方差贡献率。

马可波罗酒花综合评价函数：F马＝0.815F1+0.185F2；札一综合评价函数：F札＝0.820F1+0.180F2；青岛大花综合评价函数：F青＝0.859F1+0.141F2；麒麟丰绿综合评价函数：F丰＝0.602F1+0.398F2，其中F为酒花综合得分，F1为样品PC1得分，F2为样品PC2得分。具体得分如表3所示，综合得分越高，说明酒花整体品质越好。根据综合得分可知，马可波罗、札一和麒麟丰绿的最佳品质出现在S3阶段，青岛大花则为S4阶段。综合评分结果与上述总黄酮（图3）、总多酚（图4）、黄腐酚（图5A）、苦味酸（α-酸、β-酸）（图6）积累规律结果相印证。该研究方法可用于农产品品质评价，例如曹勇等通过综合评价函数对玉米籽粒后熟品质性状进行评价；Chen Jiabao等通过采用代谢组学和PCA探索紫苏叶在不同生长阶段的代谢物积累规律，确定了最佳采收时间；单会娇等通过PCA对五味子挥发油品质进行了综合评价。

结论

本研究探究了4种国产啤酒花（马可波罗、札一、青岛大花、麒麟丰绿）从酒花球果出现至大规模采收这一过程中化学成分的积累规律。测定了酒花球果长度、水分、总黄酮、总多酚及主要化学成分（黄腐酚、异黄腐酚、6-PN、8-PN、α-酸、β-酸）含量在生长期内的变化，并对各化学成分含量进行了相关性分析，利用PCA及综合评价，最终确定了不同啤酒花的最佳采收期。

结果显示，4种啤酒花的球果长度在S1～S5阶段持续增加；4种啤酒花总黄酮含量在生长过程中不断积累，且均在S3阶段明显升高并达到峰值；总多酚含量在生长过程中不断积累，其中马可波罗与青岛大花酒花在S4阶段达到峰值，札一与麒麟丰绿酒花在S3阶段达到峰值，随后均出现下降趋势；4种啤酒花中黄腐酚含量均明显高于异黄腐酚、6-PN、8-PN，其中马可波罗和札一酒花的黄腐酚含量在S4阶段出现峰值，分别为（4.04±0.01）、（3.00±0.06）mg/g，青岛大花酒花中的黄腐酚含量在S5阶段达到最高，为（3.16±0.03）mg/g，麒麟丰绿含量在S3阶段出现峰值，达到（2.45±0.12）mg/g；4种啤酒花中苦味酸（α-酸、β-酸）含量在S1～S5阶段中呈现先增加后减少的趋势。

相关性分析结果表明，同种酒花中总多酚、总黄酮、α-酸、β-酸之间相关性较高，可作为啤酒花成熟度的判别指标。此外，利用酒花的总黄酮、总多酚、α-酸、β-酸、黄腐酚含量进行PCA，可以将同种酒花不同生长阶段的样品实现良好区分，并通过综合评分得出马可波罗、札一、麒麟丰绿酒花的最佳采收期均为S3阶段，青岛大花酒花最佳采收期为S4阶段。

目前我国新疆地区的啤酒花采收时间多集中在8月底至9月初，这一时期对应本研究中的S5阶段。根据本研究结果，S5阶段各酒花化学物质含量普遍低于峰值，因此，建议将酒花采收时间适当提前。此外，由于啤酒花中不同化学成分的峰值时间不尽相同，可根据具体的酒花加工需求选择目标物质峰值时期进行采收。

本文《 4 种国产啤酒花生长期主要化学成分积累规律分析》来源于《食品科学》2025年46卷第12期249-257页，作者：郎新旭，王立敏，聂 楠，姚志轶，马长伟。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241113-095。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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