米乐m6官方网站[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米材料研究部[研究部部长佐佐木刚]纳米界面测量组 Takayuki Miyamae 主要研究人员为麒麟株式会社[代表董事矶崎幸典]（以下简称“麒麟”）研发本部酒技术研究所[所长井户田裕二]加藤晴人首席研究员加藤胜与主要研究人员合作，使用直接测量啤酒表面光谱法对表面分析有效，并阐明了啤酒花衍生分子和啤酒蛋白质在表面的行为。该信息对于啤酒泡沫的形成和稳定很重要。
已知啤酒泡沫含有蛋白质和啤酒花成分，但尚不清楚它们是否存在于泡沫的液体部分或气液界面（气液界面）。这次，我们研究了固体和液体表面和界面上存在的分子。振动谱可以选择性测量和频生成谱（SFG 谱）对啤酒表面进行研究时，发现啤酒花衍生分子和啤酒苦味来源的蛋白质都存在于啤酒表面，并且表面上出现的啤酒花衍生分子的量与啤酒泡沫的稳定性之间存在相关性。
该结果的详细内容于2018年8月10日（日本时间）发表在日本化学会学术期刊上化学快报它还将于2018年9月10日至13日在福冈国际会议中心（福冈市博多区）举行的第12届分子科学研讨会上发表。
 |
| 啤酒泡沫气液界面中含有的啤酒花衍生分子和蛋白质的概念图 |
啤酒是人类发明的最古老的酒精饮料，其起源可以追溯到美索不达米亚文明。啤酒的主要成分是水、麦芽（发芽大麦）、啤酒花和啤酒酵母。其中，啤酒花自中世纪欧洲开始用于酿造啤酒以来，一直是啤酒的重要原料。啤酒花不仅赋予啤酒独特的苦味和清爽的风味，而且还可以作为天然杀菌剂并延长保质期。
啤酒花中赋予啤酒苦味的成分主要是苦味成分异葎草酮，和异葎草酮也已知影响啤酒泡沫的形成。对于啤酒来说，泡沫是必不可少的元素，不仅决定外观，还决定产品的价值，而泡沫的长时间稳定性（泡沫保持性）对于提高啤酒品质和产品价值也很重要。因此，有必要研究液体表面的分子行为，它负责啤酒泡沫的形成和稳定。
AIST 一直在研究和开发使用 SFG 光谱法评估和分析有机界面的技术，作为选择性测量和评估材料表面和界面上分子信息的方法。作为液体表面分析的一个例子，我们使用SFG光谱法研究了硫酸水溶液的表面，并澄清了长期以来不为人知的硫酸水溶液表面的酸解离状态（AIST TODAY 第 8 卷第 7 期 [PDF: 404K]）。
SFG光谱是一种利用仅从材料表面和界面发射的独特光的测量方法，可以研究固体和液体表面和界面处分子的取向、有序和相互作用。此外，由于它是一种使用光的方法，因此还可以研究由于样品温度或环境（例如加热或冷却）的变化而导致的表面状态的变化。
这次，我们决定与 Kirin 合作，采用采用 SFG 光谱的液体表面分析技术，详细研究啤酒表面的分子行为与泡沫形成所需的分子信息之间的关系。
一般来说，“气泡”由气体和液体组成，同时具有亲水部分和疏水部分的分子存在于它们之间的界面处，即液体的表面上。就啤酒泡沫而言，液体中所含的高分子量分子（例如蛋白质）被认为在泡沫的形成和稳定中发挥着重要作用，并且已经进行了许多研究，通过检查液体的内部来研究蛋白质的影响与泡沫形成和稳定性之间的关系。然而，由于泡沫是在液体表面产生的，因此需要啤酒表面的信息来研究泡沫形成过程，但由于在分子水平上检查液体表面的方法很少，所以完全不清楚啤酒表面的分子组成是否与液体内部的分子组成相同。
这次，我们通过啤酒液表面的 SFG 光谱测量研究了气液界面的分子行为。由于啤酒通常是冰镇后饮用，因此我们将样品台冷却至 3°C，并测量了冰啤酒表面的 SFG 光谱。
首先，我们测量了酿造过程中添加啤酒花的普通啤酒和不添加啤酒花的啤酒的SFG光谱，发现只有添加啤酒花的啤酒才有2926 cm-1观察到峰值（图1）。其次是啤酒花提取物（异葎草酮），这是啤酒花中含有的一种多酚，是啤酒的主要成分。异黄腐酚、乙醇和从啤酒中提取的蛋白质成分的水溶液作为参考样品，并测量SFG光谱（图2（a）至（d））。在啤酒花提取物水溶液和异黄腐酚水溶液中，在与啤酒表面相同的位置观察到SFG峰，而在啤酒中含有的蛋白质水溶液和乙醇水溶液中，在该位置没有观察到峰。由此，啤酒表面的SFG光谱为2926 cm-1峰被认为源自源自啤酒花或异黄腐酚的异葎草酮。此外，当我们测量啤酒酿造过程中添加不同量啤酒花的啤酒表面的SFG光谱时，我们发现这个2926 cm-1的巅峰随着啤酒花添加量的增加，强度呈增加趋势（图 3(a)）。后述的图4中使用的市售啤酒中添加的啤酒花量为436g/L，相当于图3中的◎。这些实验结果表明，来自啤酒花的分子倾向于聚集在表面上。
 |
图1啤酒表面SFG谱
红色箭头是通过跳数添加看到的 SFG 信号 |
 |
图2 啤酒主要成分水溶液表面SFG谱
(a) 啤酒花提取物水溶液表面，(b) 异黄腐酚-氘化乙醇-重水溶液表面，(c) 5%乙醇水溶液表面，
(d) 从啤酒中提取的蛋白质水溶液的表面 |
 |
| 图 3 (a) 当添加的啤酒花数量改变时，啤酒花衍生的 SFG 信号强度的变化，以及 (b) 啤酒泡沫持久性对添加的啤酒花数量的依赖性 |
增加啤酒酿造过程中添加的啤酒花量也可以提高泡沫稳定性（泡沫持续时间）（图 3(b)）。当增加啤酒花添加量并测量 SFG 光谱时，观察到了这一趋势。-1峰强度的增加趋势具有良好的相关性，并且证实啤酒表面上的啤酒花衍生分子越多，啤酒泡沫越稳定。
众所周知，液体的表面粘度与泡沫的稳定性有关，液体中高分子量分子，尤其是蛋白质的存在对于粘度很重要。啤酒中含有来自啤酒花以外的原料的高分子量蛋白质成分，因此为了研究啤酒表面蛋白质与啤酒花之间的关系，我们用水稀释市售啤酒并测量了表面SFG光谱。用水稀释的啤酒表面的 SFG 光谱中，1630 cm-1的峰值强度和 2926 厘米源自啤酒花-1峰强度显示出相同的行为，强烈表明啤酒花衍生的分子和蛋白质在表面中共存（图 4）。
从这些事实可以认为，蛋白质和啤酒花衍生成分的疏水结构与啤酒表面的水相互作用形成网络，该网络出现在泡沫的顶表面上，形成高度稳定的泡沫，并且随着表面上出现的啤酒花数量的增加，泡沫变得更加稳定。
长期以来，人们一直认为表面蛋白质的存在和啤酒花衍生分子的存在对于啤酒泡沫的稳定很重要，但这次，首次通过实验证实啤酒花衍生分子和蛋白质在表面共存。
 |
| 图4 市售啤酒稀释后的2926 cm-1 |
一般来说，气泡可以显着改变材料的性能，因此研究气泡的形成过程及其表面的分子行为是材料开发等其他领域的一个重要问题。未来，我们将利用本次使用的表面/界面测量和分析技术来阐明气液界面的分子行为以及各种材料的特性。