吳亞楠，李林潔，劉小菁，張祥龍，王君，張榮展，王敏，鄭宇*

(1.工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點實驗室，天津市微生物代謝與發(fā)酵過程控制技術(shù)工程中心，天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院，天津 300457；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304；3.天津市天立獨流老醋股份有限公司，天津 301602)

食醋是一種酸性調(diào)味品，在世界范圍內(nèi)廣受人們喜愛。食醋歷史悠久，自古以來，食醋被廣泛用作調(diào)味劑、醫(yī)藥、防腐劑、清潔劑等[1]。FAO/WHO規(guī)定，食醋是一種含有醋酸的適合于人類消費的液體，只能以淀粉和(或)糖為適宜原料，通過乙醇和醋酸二次發(fā)酵而成[2]。在世界范圍內(nèi)，食醋主要以水果、谷物、蔬菜、動物制品(如乳清和蜂蜜)或者酒精等為原料經(jīng)固態(tài)或液態(tài)發(fā)酵而成[3]，見圖1。

圖1 食醋釀造工藝流程Fig.1 The production flowchart of vinegar

因釀造原料、工藝等的不同，食醋的風(fēng)味各異，其風(fēng)味物質(zhì)或來源于原料，或來源于微生物的代謝產(chǎn)物，或來源于已有物質(zhì)之間化學(xué)反應(yīng)的生成[4-5]。整體上，食醋風(fēng)味物質(zhì)可以分為揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和不揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)兩大類，主要包含酸類、醇類、酯類、酮類、醛類等，是食醋香味和滋味的主要來源[6-7]。有機酸作為食醋風(fēng)味物質(zhì)的主要成分，對食醋整體感官有著重要的影響[8]。單純的乙酸具有刺激性氣味，乳酸、蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸等不揮發(fā)酸可調(diào)和食醋的酸味，減少醋酸對味覺的刺激，改善食醋的酸味質(zhì)量[9]。鄭彥婕等[10]采用HPLC對山西老陳醋和鎮(zhèn)江香醋兩種地理標(biāo)志保護醋中的有機酸組成進行了測定，發(fā)現(xiàn)兩者中乳酸、丙酮酸含量存在一定的差異。汪建國等[11]對嘉興玫瑰米醋中的有機酸進行了測定，發(fā)現(xiàn)多種有機酸共同作用使玫瑰米醋具有較長的味覺持久性和柔和鮮爽的口感。王韋崗等[12]研究發(fā)現(xiàn)食醋中乙酸、乳酸的比例對食醋的風(fēng)味有重要影響。

雖然有很多學(xué)者對傳統(tǒng)食醋中有機酸組成做了大量的研究，但是對于不同種類傳統(tǒng)食醋有機酸的組成及風(fēng)味特征還沒有深入的比較分析。本文檢索了傳統(tǒng)食醋有機酸的相關(guān)文獻，對不同原料來源和采用不同發(fā)酵工藝的傳統(tǒng)食醋中的有機酸組成進行了分析比較，特別地，以“單位酸度有機酸濃度”和“單位酸度有機酸風(fēng)味強度”為評價指標(biāo)，采用主成分分析法分析了不同食醋的有機酸風(fēng)味特征，為全面了解傳統(tǒng)食醋的有機酸組成及風(fēng)味特征提供了參考。

1 實驗方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

對中國知網(wǎng)(China National Knowledge Infrastructure, CNKI)和Web of Science兩個數(shù)據(jù)庫中有關(guān)傳統(tǒng)食醋有機酸研究的文獻進行檢索，檢索策略分別為：[“篇名：醋”并且“主題：有機酸”]和[“標(biāo)題：vinegar”AND“主題：organic acid”]，分別檢索到163篇和275篇文獻(檢索日期：2019年7月10日)。相關(guān)文獻類型分布及樣本信息見圖2和表1。

圖2 CNKI和Web of Science檢索數(shù)據(jù)庫的文獻類型分布Fig.2 The distribution of literature types in CNKI and Web of Science retrieval databases

表1 樣本信息及數(shù)據(jù)來源Table 1 The sample information and data sources

1.2 統(tǒng)計分析

由于不同食醋產(chǎn)品中總酸度存在一定的差異，因此本文對多篇文獻中數(shù)據(jù)進行歸一化處理，見公式1和公式2。通過計算得到傳統(tǒng)食醋中單位酸度有機酸濃度和單位酸度有機酸風(fēng)味強度的均值與方差。以單位酸度有機酸濃度和單位酸度有機酸風(fēng)味強度為變量，采用Canoco 5軟件(Microcomputer Power，美國)進行主成分分析。

(1)

(2)

注：本文中總酸度為食醋中總有機酸濃度數(shù)值，即1酸度=1 g/dL總有機酸。

2 結(jié)果分析

2.1 傳統(tǒng)食醋中主要有機酸組成

有機酸作為食醋的主要成分對食醋的風(fēng)味和典型個性起到了重要作用，其種類和含量變化將會直接影響食醋的品質(zhì)。食醋中的有機酸可分為揮發(fā)酸和不揮發(fā)酸，揮發(fā)酸以乙酸為主，還有丙酸、丁酸、戊酸等，不揮發(fā)酸以乳酸為主，此外，還包括酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、α-酮戊二酸等[23]。食醋中大部分不揮發(fā)有機酸具有沸點高、黏性大等特點，它們降低了食醋香味物質(zhì)的揮發(fā)速度，起到了調(diào)和、平衡、穩(wěn)定食醋香氣的作用。考慮到不同類型的食醋中有機酸的種類及濃度存在一定的差異，本文采用單位酸度有機酸濃度對不同食醋中有機酸濃度進行評價，見表2。

表2 傳統(tǒng)食醋中有機酸組成及其單位酸度有機酸濃度Table 2 The composition of organic acids and concentrationof organic acids per unit acidity in traditional vinegar g/L/酸度

根據(jù)食醋中有機酸種類及單位酸度下有機酸濃度進行主成分分析(見圖3)。主成分1代表了食醋中有機酸總體信息的50.27%，主成分2代表了食醋中有機酸總體信息的22.55%，兩個主成分共代表了有機酸總體信息的72.82%，能較好地代表樣品食醋中有機酸的總體信息。

圖3 單位酸度下傳統(tǒng)食醋有機酸的主成分分析Fig.3 The principal component analysis of organic acids per acidity unit in traditional vinegar

從整體上來說，乙酸和乳酸總的相對含量占食醋總有機酸的80%以上，是傳統(tǒng)食醋的兩種主要的有機酸(見表2)。焦谷氨酸、丙酮酸、α-酮戊二酸的含量較低，這可能是由于它們在微生物代謝途徑中不易大量積累。

由圖3可知，谷物醋有機酸和果醋有機酸在主成分分析圖上分別集中在不同的象限，表明谷物醋和果醋有機酸組成有著明顯的差異。谷物醋中有機酸的種類較果醋更為豐富，主要有機酸組成為乙酸、乳酸、草酸、焦谷氨酸、丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、檸檬酸等。果醋有機酸主要包括乙酸、酒石酸、葡萄糖酸、蘋果酸等。其中，香脂醋和雪利醋中酒石酸含量較高，其原因可能是兩者均以葡萄為原料，酒石酸主要來源于葡萄。此外，與其他種類果醋相比，香脂醋中葡萄糖酸含量普遍偏高，表明其可能是香脂醋特征性有機酸之一。蘋果醋中蘋果酸的含量較低，這可能是因為乳酸菌會通過蘋果酸-乳酸發(fā)酵等代謝途徑，將蘋果酸轉(zhuǎn)化為乳酸以及其他代謝產(chǎn)物，進而使蘋果酸的含量降低。

由于釀造工藝的不同，傳統(tǒng)食醋有機酸組成存在一定的差異。由表2可知，固態(tài)發(fā)酵食醋中不揮發(fā)酸種類較多且占比較高。此外，固態(tài)發(fā)酵食醋中(乳酸/乙酸)大于液態(tài)發(fā)酵，特別地，保寧醋中乳酸含量遠高于其他樣品，且在總有機酸中占比高達55%，這可能是因為其發(fā)酵工藝更有利于乳酸菌的生長代謝，從而積累了大量的乳酸[34]。而固態(tài)發(fā)酵工藝中原輔料的添加及界面效應(yīng)可能是導(dǎo)致其與液態(tài)發(fā)酵食醋中有機酸組成存在差異的重要原因[35]。

2.2 傳統(tǒng)食醋有機酸風(fēng)味特征分析

閾值是某種物質(zhì)能被人體感官所能聞到或品嘗到的最低濃度。物質(zhì)的閾值越低，則其呈味能力越大。食醋中各種有機酸的風(fēng)味特征描述及閾值見表3。

表3 食醋中有機酸的風(fēng)味描述與閾值Table 3 The flavor characteristics and thresholds of organic acids in vinegar

有機酸因閾值的不同而對食醋風(fēng)味有不同的貢獻。有些有機酸雖然濃度較低，但由于其閾值也較低，最終對產(chǎn)品風(fēng)味的影響可能仍然較大。因此為評價有機酸對風(fēng)味的影響，風(fēng)味強度是一個非常重要的指標(biāo)。由于不同的傳統(tǒng)食醋中總酸度存在差異，因此本文采用單位酸度有機酸風(fēng)味強度來表征有機酸對其風(fēng)味的影響，見表4。

表4 傳統(tǒng)食醋單位酸度有機酸風(fēng)味強度Table 4 The flavor intensity of organic acid per acidity unit in traditional vinegar

對食醋中單位酸度有機酸風(fēng)味強度進行主成分分析，明確食醋中影響其風(fēng)味的主要有機酸組成，并且從整體上對具有不同風(fēng)味特征的食醋進行了區(qū)分。由圖4可知，主成分1和主成分2分別代表了總體信息的67.4%和17.7%，兩個主成分共代表了總體信息的85.1%，主成分分析能較好地代表樣品有機酸風(fēng)味總體信息。

圖4 單位酸度有機酸風(fēng)味強度主成分分析Fig.4 Principal component analysis of organic acid flavor intensity per acidity unit

由表4可知，整體上，乙酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、焦谷氨酸具有較高的風(fēng)味強度，是影響食醋口感的幾種重要的有機酸。檸檬酸、α-酮戊二酸、草酸、丙酮酸對食醋有機酸風(fēng)味的貢獻相對較小。由圖4可知，谷物醋中影響其風(fēng)味的有機酸種類較為豐富。山西老陳醋、鎮(zhèn)江香醋、保寧醋、永春醋和玫瑰米醋中乙酸、乳酸、焦谷氨酸、丙酮酸、α-酮戊二酸、檸檬酸等對其的貢獻較大。這些有機酸融合了食醋中的糖類、氨基酸及香氣成分，使其酸味柔和、豐滿，具有較長的持久感和層次感。此外，鎮(zhèn)江香醋還與琥珀酸有一定的相關(guān)性，這可能造就了其鮮酸爽口的風(fēng)味特征[37]。相比于谷物醋，果醋中影響其風(fēng)味的有機酸種類較為單一。蘋果醋、雪利醋中影響其風(fēng)味的主要有機酸為乙酸，乙酸是兩者的主體呈酸物質(zhì)。香脂醋中酒石酸對其整體有機酸風(fēng)味貢獻遠大于其他有機酸[38]。此外，由表2可知，香脂醋中葡萄糖酸、蘋果酸含量較高，兩者的含量分別占總體酸度的30%和16.8%，仍是影響意大利香脂醋有機酸風(fēng)味的重要有機酸。琥珀酸不僅具有酸味，還給人以苦澀的口感；葡萄糖酸酸味較弱；酒石酸酸味綿長；蘋果酸酸味圓潤，呈味緩慢持久，多種有機酸共同作用使香脂醋具有厚重飽滿的風(fēng)味特征。

由于釀造工藝的不同，傳統(tǒng)食醋有機酸風(fēng)味特征存在差異。不揮發(fā)酸較高的單位酸度風(fēng)味強度是固態(tài)發(fā)酵食醋綿酸柔和的原因之一。相較于固態(tài)發(fā)酵食醋，液態(tài)發(fā)酵食醋中乙酸對其整體有機酸風(fēng)味的貢獻更大。因此，永春醋和玫瑰米醋相比其他固態(tài)發(fā)酵食醋的酸感更加強烈。山西老陳醋、鎮(zhèn)江香醋、保寧醋等固態(tài)發(fā)酵食醋中不揮發(fā)酸種類較多且對其風(fēng)味的貢獻較大。特別地，保寧醋中乳酸的風(fēng)味強度遠高于其他樣品且對其的風(fēng)味貢獻較大，使其具有酸味柔和的風(fēng)味特征。由于目前關(guān)于成品醋中有機酸組成的研究相對較少，因此本研究的樣本容量仍然偏少，隨著對成品醋研究的深入，我們將進一步擴大樣本容量來比較分析更多種類的傳統(tǒng)食醋有機酸的組成及風(fēng)味特征。

3 結(jié)論

食醋中有機酸種類豐富，每種有機酸都有其獨特的風(fēng)味特征。本文以單位酸度有機酸濃度和單位酸度有機酸風(fēng)味強度作為評價指標(biāo)，分析比較了不同釀造工藝和原料食醋中有機酸種類及風(fēng)味特征的差異。主成分分析表明，谷物醋有機酸種類較果醋更為豐富，且固態(tài)發(fā)酵食醋中不揮發(fā)酸種類較多且占比較高。此外，谷物醋中影響其風(fēng)味的有機酸種類較豐富，使其酸味柔和、豐滿，具有較長的持久感和層次感。果醋中影響其風(fēng)味的有機酸種類較為單一。蘋果醋和雪利醋中乙酸占比高且風(fēng)味貢獻較大；酒石酸對香脂醋風(fēng)味影響較大，并且蘋果酸和葡萄糖酸占比較高。由于發(fā)酵工藝的不同，谷物醋的風(fēng)味特征存在一定的差異，固態(tài)發(fā)酵食醋具有酸味綿柔的風(fēng)味特征，液態(tài)發(fā)酵食醋具有酸感明顯的風(fēng)味特征。