李弘文，王旭蘋，楊小蘭,*

（1.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006；2.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510641）

不同熏醅工藝對山西老陳醋香氣成分的影響

李弘文1，王旭蘋2，楊小蘭1,*

（1.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006；2.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510641）

采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對蒸汽熏醅（120 ℃，21 h）和傳統(tǒng)炭火熏醅（80～90 ℃，5 d）2 種山西老陳醋的香氣成分動態(tài)分析。結(jié)果顯示，未熏醋醅中檢出48 種香氣物質(zhì)，蒸汽熏醅后增加到83 種，而炭火熏醅后減少到46 種，其中雜環(huán)化合物在蒸汽熏醅21 h后增加了27 種，炭火熏醅5 d僅增加了2 種。在2 種熏醅工藝中，隨著熏醅時間延長，酸、酯、酮類和醇類化合物總含量均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，與熏醅前比，蒸汽熏醅21 h后分別降低了35.72%、68.14%、67.91%和57.87%，炭火熏醅5 d分別降低了67.10%、76.00%、67.12%和71.84%；總雜環(huán)和四甲基吡嗪含量均呈現(xiàn)增高趨勢，與熏醅前比，蒸汽熏醅21 h后分別增高了21.58 倍和56.07 倍，炭火熏醅5 d 僅增高了0.09 倍和0.39 倍。蒸汽熏醅相比炭火熏醅不僅極大的縮短熏醅時間，減少香氣成分損失，還可以顯著提高雜環(huán)類香氣的生成，此工藝值得推廣應(yīng)用。

山西老陳醋；蒸汽熏醅工藝；炭火熏醅工藝；頂空固相微萃??；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用；香氣成分

山西老陳醋的釀制技藝是國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)[1]，熏醅是其獨特的核心工序[2-3]。傳統(tǒng)熏醅工藝是將發(fā)酵成熟醋醅放入陶缸中，用地炕炭火加熱（溫度80～90 ℃），每天依次倒缸，熏至第5天醋醅變成黑褐色即可出缸，結(jié)束熏醅，進(jìn)行淋醋和陳化[4]。熏醅賦予了老陳醋獨特的色澤和香味[3,5]。目前，國內(nèi)外對老陳醋熏醅的香氣研究報道較少，已有王愛莉等[5]報道了山西苦蕎老陳醋在傳統(tǒng)炭火熏醅過程中的香氣生成規(guī)律，共檢出31 種香氣成分。另外， 苗志偉[6]、袁仲[7]等分別從山西老陳醋成品中檢出了23 種和43 種香氣成分。由于傳統(tǒng)炭火熏醅工藝存在一定缺陷：熏醅生產(chǎn)周期長，倒缸勞動強度大，敞口熏醅醋酸揮發(fā)損失大，明火生產(chǎn)安全性差且污染嚴(yán)重等[4]。為了改進(jìn)提升傳統(tǒng)熏醅工藝，已有生產(chǎn)企業(yè)引用了機械化不銹鋼夾層蒸汽熏醅罐進(jìn)行熏醅，但由于缺乏對山西老陳醋熏醅呈香機制的深入系統(tǒng)研究，導(dǎo)致熏醅工藝的實施具有盲目性，對機械化蒸汽熏醅工藝香氣的研究還未見報道。因此，本研究采用頂空固相微萃?。╤eadspacesolid-phase microextraction，HS-SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用技術(shù)對老陳醋機械化蒸汽熏醅（120 ℃，0～21 h）與傳統(tǒng)炭火熏醅（80～90 ℃，0～5 d）工藝過程中的香氣成分進(jìn)行動態(tài)分析，旨在比較和評價2 種熏醅工藝對熏醅香氣質(zhì)量的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)山西老陳醋熏醅工藝及提升產(chǎn)品質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山西老陳醋熏醅 山西紫林醋業(yè)有限公司；老陳醋傳統(tǒng)地缸炭火熏醅（80～90 ℃）第0、3、5天的醋醅；老陳醋不銹鋼夾層熏醅罐蒸汽熏醅（120 ℃）第7、14、21小時的醋醅。

1.2 儀器與設(shè)備

手動SPME進(jìn)樣器、75 μm碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/ PDMS）萃取纖維頭、20 mL頂空進(jìn)樣瓶 美國Supelco公司；GC7890-5975C型GC-MS聯(lián)用儀（配有Dean Switch裝置） 美國Agilent公司；DF-101C型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市英峪予華儀器廠；BS224S電子天平北京塞多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 香氣的萃取方法[6]

將75 μm CAR/PDMS萃取頭在GC的進(jìn)樣口老化至無雜峰，老化溫度250 ℃，時間30 min。稱取3.0 g熏醅樣品放入20 mL干凈的頂空進(jìn)樣瓶中，再加入1.5 g氯化鈉，4 mL蒸餾水和攪拌子，加蓋密封，然后放在40 ℃水浴鍋中保持10 min，將SPME纖維頭插入頂空瓶中，使之與醅液面保持1.0 cm的距離，萃取溫度40 ℃，萃取時間40 min，磁力攪拌速率50 r/min。

1.3.2 GC條件

色譜柱：RTX-WAX柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序[8]：起始溫度32 ℃，以3 ℃/min升至120 ℃，再以10 ℃/min升至250 ℃，保持10 min；載氣（He）流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；解吸5 min；不分流。

1.3.3 MS條件

電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度250 ℃；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 18～500；數(shù)據(jù)采集速率1.56 scans/s。

1.3.4 定性與定量分析

在1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)GC-MS聯(lián)用分析條件下，將1.3.1節(jié)HS-SPME法萃取了易揮發(fā)性成分的萃取頭插入GC進(jìn)樣口，250 ℃解吸5 min后進(jìn)行色譜掃描，對檢測的揮發(fā)性成分與NIST 05質(zhì)譜庫進(jìn)行對比解析，根據(jù)匹配度初步確定各易揮發(fā)成分的結(jié)構(gòu)，再結(jié)合實際成分進(jìn)行定性。所得各揮發(fā)性成分含量以峰面積表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 老陳醋不同工藝熏醅過程中揮發(fā)性成分的動態(tài)分析

研究[9-11]表明，食醋中的香氣成分繁多復(fù)雜，它們在恰當(dāng)?shù)呐浔葪l件下賦予了食醋特殊的芳香。本研究采用HS-SPME結(jié)合GC-MS聯(lián)用法測定了山西老陳醋2 種不同的熏醅工藝（炭火熏醅80～90 ℃，0～5 d；蒸汽熏醅120 ℃，0～21 h）熏制的醋醅中揮發(fā)性成分，其結(jié)果如表1所示，共檢測出99 種揮發(fā)性成分，其中包括19 種酯類、13 種醇類、11 種酸類、8 種酮類、6 種醛類、31 種雜環(huán)類和11 種其他類化合物。熏醅前的醋醅檢出48 種香氣物質(zhì)，蒸汽熏醅后增加到83 種，而炭火熏醅后減少到46 種。熏醅后香氣成分種類變化最大的是雜環(huán)類化合物的顯著增加，由表1可知，熏醅前的醋醅中僅檢出了4 種雜環(huán)類物質(zhì)，炭火熏醅5 d后雜環(huán)類增加到6 種，蒸汽熏醅21 h后雜環(huán)類增加到31 種，表明熏醅能顯著增加雜環(huán)類化合物的生成。其原因可能是老陳醋熏醅以美拉德反應(yīng)為主[12]，老陳醋的原料高粱、豌豆和大麥含有豐富的多糖、氨基酸等[13]，為美拉德反應(yīng)提供了前體物質(zhì)[14-15]，在熏醅中可生成大量的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，如雜環(huán)類化合物[16-17]，它們能賦予老陳醋獨特香味[6,9]。酸、酯、醇、酮和醛類化合物的種類在熏醅前后的變化不大。

2.2 不同工藝熏醅過程中酸、酯、酮類和醇類總含量的變化規(guī)律

酸、酯、酮類和醇類化合物是老陳醋最主要的呈香呈味成分。未熏醋醅的香氣以酸類含量（134.23×108）最大，占香氣總量（363.86×108）的36.89%，其中以乙酸含量（116.88×108）最高，占總酸量的87.07%。未熏的醋醅中酯類（101.55×108）占香氣總量的27.91%，居于第2位，其中以乙酸乙酯含量（45.49×108）最高，占總酯量的44.80%，它為食品提供果香和酒香[8]；其次為酮類含量（67.46×108）占香氣總量的18.54%，其中以3-羥基-2-丁酮含量（46.02×108）最高，占總酮量的68.22%，它為食品提供甜香和奶香[6]；醇類

（38.24×108）占香氣總量的10.51%，其中以乙醇含量（14.75×108）最高，占總醇量的38.57%。2 種工藝熏醅過程中酸、酯、酮和醇類化合物總含量的變化規(guī)律如表2和圖1所示。無論傳統(tǒng)炭火熏醅還是蒸汽熏醅工藝，隨著熏醅時間的延長，總酸含量均呈先升高后降低的趨勢（圖1A）。與熏醅前相比，蒸汽熏醅7 h后總酸含量（152.48×108）升高了13.60%，熏醅21 h后（86.28×108）降低了35.72%；炭火熏醅3 d后總酸含量（157.12×108）升高了17.05%，熏醅5 d后（44.16×108）降低了67.10%；酯、酮和醇類總含量在2 種工藝熏醅過程中均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢（圖1B、C和D）。蒸汽熏醅21 h后，酯、酮和醇類總含量（32.35×108、21.65×108和16.11×108）比熏醅前分別降低了68.14%、67.91%和57.87%；炭火熏醅5 d后，酯、酮和醇類總含量（24.37×108、22.18×108和10.77×108）比熏醅前分別降低了76.00%、67.12%和71.84%。已有韓慶輝等[18]的研究報道了涼州熏醋在傳統(tǒng)炭火熏醅中，總酯和總醇含量隨著熏醅時間的延長呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，本實驗結(jié)果與此相一致。分析其原因，可能是因為這些化合物在熏醅高溫條件下分解、揮發(fā)或轉(zhuǎn)化所致[9,18-20]。2 種熏醅工藝對酸、酯、醇類和酮類香氣總含量的影響：與炭火熏醅5 d相比，蒸汽熏醅21 h酯、醇類和酸類總含量分別提高了32.75%、49.58%和95.38%，總酮含量與炭火熏醅5 d相近，表明蒸汽熏醅不僅能顯著縮短熏醅時間，還能有效減少香氣成分的損失。分析其原因可能是蒸汽熏醅設(shè)備采用的不銹鋼夾層罐360°旋轉(zhuǎn)密閉翻醅，減少了醋醅中揮發(fā)性香氣成分的損失，而傳統(tǒng)炭火熏醅設(shè)備采用敞口缸每日翻醅造成了香氣成分揮發(fā)逸散。

表1 不同熏醅工藝各種類香氣成分含量的變化Table1 Changes in aroma compounds of fumigated vinegars by different fumigation processes

表2 不同熏醅工藝酸、酯、酮類和醇類香氣成分總含量的變化分析Table2 Changes in total contents of acids, esters, ketones and alcohols during fumigation by different fumigation processes

圖1 不同工藝熏醅過程中酸（A）、酯（B）、酮（C）類和醇（D）類總含量的變化規(guī)律Fig.1 Variations in total contents of acids, esters, ketones and alcohols during fumigation by different fumigation processes

2.3 不同工藝熏醅過程中總雜環(huán)類和四甲基吡嗪含量的變化規(guī)律

表3 不同熏醅工藝總雜環(huán)類和四甲基吡嗪含量的變化分析Table3 Changes in the contents of total heterocyclic compounds and ligustrazine during fumigation by different fumigatiion processes

分析結(jié)果（表1）表明，熏醅中產(chǎn)生的雜環(huán)類化合物主要包括糠醛、吡嗪和呋喃類等具有特殊香味的風(fēng)味物質(zhì)[9-10,19]。其中四甲基吡嗪不但具有低風(fēng)味閾值、可為食品提供咖啡香、堅果香和烘烤香氣[6,20-21]，又具有降血壓、抗血栓和清除自由基[9,22]作用而成為關(guān)注點。新制定的山西老陳醋產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19777—2013《地理標(biāo)志產(chǎn)品：山西老陳醋》中特別增加了“川芎嗪（即四甲基吡嗪）”這一功能性指標(biāo)[23]。對傳統(tǒng)炭火熏醅和蒸汽熏醅過程中總雜環(huán)類和四甲基吡嗪含量的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)果如表3和圖2所示。在蒸汽熏醅過程中，隨著熏醅時間的延長，總雜環(huán)和四甲基吡嗪含量呈現(xiàn)快速升高趨勢，熏醅21 h后其含量（391.14×108和31.96×108）比熏醅前（17.32×108和0.56×108）分別增加了21.58 倍和56.07 倍；在炭火熏醅過程中，隨著熏醅時間的延長，總雜環(huán)和四甲基吡嗪含量呈現(xiàn)了緩慢的先升高后降低趨勢，熏醅第3天達(dá)到最高量（21.97×108和1.23×108），比熏醅前分別增加了0.27 倍和1.20 倍，之后其含量逐漸減少，熏醅5 d后其含量（18.90×108和0.78×108）比熏醅前僅增高了0.09 倍和0.39 倍，分析其原因可能是炭火熏醅3 d后它們的生成量小于每日翻醅的揮發(fā)損失量。

圖2 不同工藝熏醅過程中總雜環(huán)類（A）和四甲基吡嗪（B）含量的變化規(guī)律Fig.2 Variations in the contents of total heterocyclic compounds and ligustrazine during fumigation by different fumigation processes

由圖2可知，與炭火熏醅5 d相比，蒸汽熏醅21 h雜環(huán)類總含量和四甲基吡嗪含量分別提高了19.76 倍和39.97 倍，表明蒸汽熏醅可在大幅縮短熏醅時間（時間減少了82%）的前提下，顯著提高香氣成分雜環(huán)類和四甲基吡嗪的生成量。其原因可能是熏醅發(fā)生了美拉德反應(yīng)，而溫度是影響美拉德反應(yīng)的主要因素[24-26]。據(jù)研究[26-27]報道溫度每提高10 ℃，美拉德反應(yīng)速度可增大3～5 倍。蒸汽熏醅溫度（120 ℃）遠(yuǎn)高于炭火熏醅溫度（80～90 ℃），致使其美拉德反應(yīng)速度大大加快，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物雜環(huán)類和四甲基吡嗪的生成量顯著增加。

3 結(jié) 論

老陳醋熏醅中共檢出99 種揮發(fā)性成分，熏醅對香氣成分最明顯的影響是雜環(huán)化合物種類和含量顯著增加。熏醅過程中香氣成分的變化規(guī)律：無論傳統(tǒng)炭火熏醅還是蒸汽熏醅工藝，隨著熏醅時間的延長，總酸含量均呈先升高后降低的趨勢，酯、酮和醇類總含量均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。蒸汽熏醅過程中，隨著熏醅時間的延長，總雜環(huán)和四甲基吡嗪含量呈現(xiàn)快速升高趨勢，在炭火熏醅過程中，總雜環(huán)和四甲基吡嗪含量均呈現(xiàn)了緩慢的先升高后降低趨勢。2 種工藝熏醅效果的比較：與炭火熏醅工藝相比，蒸汽熏醅工藝不僅可以大幅度縮短熏醅時間，而且能有效減少酸、酯、酮和醇類等香氣成分的損失，并可以顯著提高雜環(huán)類和四甲基吡嗪的生成量。老陳醋蒸汽熏醅工藝值得推廣應(yīng)用。

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Infl uence of Different Fumigation Processes on Aroma Compounds of Shanxi Aged Vinegar

LI Hongwen1, WANG Xuping2, YANG Xiaolan1,*
(1. College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 2. School of Light Industry and Food Science, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

This study evaluated the infl uence of different fumigation processes on aroma compounds of Shanxi aged vinegar. The aroma components of vinegars from steam fumigation (120 ℃ for 21 h) and traditional charcoal fumigation (80-90 ℃for 5 days) were dynamically analyzed by headspace solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry. The results showed that 48 aroma compounds were identifi ed before fumigation, and 83 compounds were detected after steam fumigation, while the number of compounds detected decreased to 46 after charcoal fumigation. Among them, the number of heterocyclic compounds detected in steam fumigated vinegar increased by 27 and by only 2 in charcoal fumigated vinegar. The amounts of acid, ester, ketone and alcohol compounds were gradually reduced by 35.72%, 68.14%, 67.91% and 57.87% after steam fumigation, and by 67.10%, 76.00%, 67.12% and 71.84% after charcoal fumigation, respectively. The amounts of total heterocyclic compounds and ligustrazine presented a gradual increase by 22. 58 and 57.07 times after steam fumigation, and increased by only 9% and 39% after char coal fumigation, respectively. Compared with charcoal fumigation, steam fumigation not only greatly shortened the fumigation time and reduced the loss of aroma components, but also facilitated the formation of heterocyclic aroma. The steam fumigation technology has a great potential for popularization and application.

Shanxi aged vinegar; steam fumigation; charcoal fumigation; headspace solid-phase microextraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); aroma compounds

TS264.2

A

1002-6630（2015）20-0090-05

10.7506/spkx1002-6630-201520016

2015-01-28

國家自然科學(xué)基金面上項目（31171748）；山西省科技攻關(guān)項目（20140321020-01）

李弘文（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)與功能食品。E-mail：lilinqion1221@126.com

*通信作者：楊小蘭（1956—），女，教授，本科，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：13934214833@163.com