韓凱，王曉云，李江，王如福

(1.太原學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，太原 030032；2.山西老陳醋集團有限公司，太原 030013；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030800)

食醋是典型的發(fā)酵調(diào)味品，對于國內(nèi)外大多數(shù)的醋而言，發(fā)酵過程和原料基本決定了其風(fēng)味物質(zhì)的組成[1-3]。然而發(fā)酵在山西老陳醋的風(fēng)味形成過程中只占到其中一個部分，在發(fā)酵之后進(jìn)行的熏醅和陳釀工序?qū)ζ洫毺仫L(fēng)味的形成具有突出貢獻(xiàn)。完成發(fā)酵的醋醅經(jīng)過熏醅后其風(fēng)味和醋體都會發(fā)生重大改變[4]，再加之后期的陳釀，使山西老陳醋的風(fēng)味更加柔和，酸香可口，最終造就了山西老陳醋獨特的香味結(jié)構(gòu)，熏醅過程中風(fēng)味的形成過程也因此受到廣泛關(guān)注。

山西老陳醋的傳統(tǒng)熏醅工藝是將完成發(fā)酵的醋醅裝入陶缸中再用炭火加熱陶缸，每24 h倒一次缸，連續(xù)5 d后完成熏醅工藝，經(jīng)過熏醅的醋醅由米黃色變?yōu)楹诤稚?。加熱過程極大地加快了醋醅中各種降解反應(yīng)、酯化反應(yīng)以及美拉德反應(yīng)等的進(jìn)度，生成了大量的風(fēng)味物質(zhì)。長期以來，經(jīng)過對山西老陳醋的熏醅過程不斷地研究，闡明了許多熏醅工藝中發(fā)生的反應(yīng)過程[5-6]以及風(fēng)味的種類和含量等。但是對于熏醅工藝中揮發(fā)性香氣成分的生成特點仍然有一部分沒有得到清晰的闡釋，特別是在加熱過程中因為熱傳導(dǎo)不均或其他原因造成缸體內(nèi)醋醅含水量發(fā)生變化后，其對于香味組成的影響還未見研究，而不同水分條件下加熱或是不同烹飪方法引起的水分變化能夠使食品香味產(chǎn)生重大變化[7-9]。通過測定山西老陳醋傳統(tǒng)熏醅缸中不同區(qū)域的醋醅含水量，發(fā)現(xiàn)醋醅因在熏醅缸中所處位置不同，其含水量在60%～40%間波動，因此本研究通過將醋醅含水量調(diào)整為60%、50%、40%進(jìn)行熏醅，模擬山西老陳醋傳統(tǒng)熏醅過程中因傳熱等問題造成的局部醋醅含水量變化，采用頂空固相微萃取(headspace solid-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)對醋醅中揮發(fā)性組分進(jìn)行分析，揭示了熏醅過程中醋醅不同含水量對這些化合物變化的影響，為進(jìn)一步提升山西老陳醋熏醅工藝的精準(zhǔn)控制及產(chǎn)品質(zhì)量提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗所用白醅取自東湖山西老陳醋傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)車間，在低溫條件下將醋醅的含水量調(diào)整為60%、50%、40%，在實驗室進(jìn)行炭火熏醅(96 ℃)5 d后取樣測定。NaCl(分析純)：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

手動SPME進(jìn)樣器；SPME 萃取頭(50/30 μm DVB-CAR-PDMS) 美國Supelco公司；7890A/5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)、HP-5 MS毛細(xì)管氣相色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 頂空固相微萃取法

SPME萃取頭每次萃取前，先在GC進(jìn)樣口老化至無雜峰，老化條件：230 ℃保持30 min。萃取方法：在15 mL萃取瓶中加入1 g樣品、1 g NaCl、2 mL蒸餾水，將瓶蓋擰緊。先將萃取瓶放置在45 ℃水浴中攪拌保溫平衡30 min，將萃取針頭插入萃取瓶，推出萃取針中的纖維頭，使其與樣品保持約1.5 cm的距離，萃取40 min。萃取完成后，直接進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度設(shè)置為250 ℃，無分裂模式下解吸5 min。

1.3.2 GC-MS參數(shù)條件

樣品分離測定在HP-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)上進(jìn)行。色譜條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃，起始溫度40 ℃，保持3.5 min，之后以5 ℃/min的速率上升至90 ℃，再以6 ℃/min的速率上升至230 ℃，保持2 min。分離載氣為He，流速為1 mL/min。質(zhì)譜條件：離子源溫度230 ℃，電離方式采用電子離子化模式，電子能量70 eV，掃描范圍33～450 m/z。

1.3.3 揮發(fā)性化合物的鑒別

鑒別分析，通過對比美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(national institute of standards and technology，NIST)的參考質(zhì)譜，要求匹配度不低于91%，采用面積歸一法確定相對含量。

2 結(jié)果與分析

表1 不同含水量醋醅在熏醅前后揮發(fā)性組分變化規(guī)律Table 1 Changes of volatile components in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

續(xù) 表

續(xù) 表

2.1 含水量對熏醅中揮發(fā)性成分的影響分析

山西老陳醋醋醅在熏醅時是濕潤多孔隙的固態(tài)形式，含水量保持在60%左右，在這種形態(tài)下熱量無法快速均勻地傳遞，造成靠近缸壁部分的醋醅溫度始終較高，同時這部分醋醅的含水量大幅降低，甚至出現(xiàn)完全烤干或焦糊的現(xiàn)象。熏醅前白醅中的揮發(fā)性物質(zhì)可歸為6類(見表1)，主要包括4種醇類、4種酸類、7種醛類、23種酯類、1種酮類和3種烯烴類，其中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為乙酸和乙酸乙酯，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的55.34%和19.28%。由表1可知，熏醅后3種水分條件下的醋醅中揮發(fā)性化合物的種類均發(fā)生了較大的變化，與白醅相比，增加了酚類、雜環(huán)類、胺類和醚類等新的化合物種類，原有的各種揮發(fā)性化合物種類和相對含量也發(fā)生了很大的變化。含水量60%的醋醅揮發(fā)性化合物種類變?yōu)?類，包括4種醇類、4種酸類、10種醛類、11種酯類、2種酮類、3種酚類、6種雜環(huán)類、1種烷烴類和1種烯烴類，主要揮發(fā)性物質(zhì)變?yōu)橐宜岷涂啡?，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的57.42%和30.46%。含水量50%的醋醅揮發(fā)性化合物種類變?yōu)?類，包括3種醇類、10種酸類、9種醛類、10種酯類、4種雜環(huán)類、1種烷烴和2種胺類，主要揮發(fā)性物質(zhì)變?yōu)橐宜?、糠醛、棕櫚酸乙酯和亞油酸乙酯，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的13.73%、19.74%、14.39%和11.21%。含水量40%的醋醅揮發(fā)性化合物種類變?yōu)?0類，包括5種醇類、8種酸類、8種醛類、8種酯類、2種酮類、1種酚類、3種雜環(huán)類、1種烷烴、1種胺類和1種醚類，主要揮發(fā)性物質(zhì)變?yōu)橐宜帷⒖啡?、十四酸乙酯和亞油酸乙酯，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的27.68%、25.93%、6.45%和5.14%。

2.2 主要揮發(fā)性化合物在熏醅中的變化

2.2.1 醇類揮發(fā)性組分在不同水分條件熏醅中對比分析

由圖1可知，熏醅后醇類含量在不同含水量的醋醅中均呈現(xiàn)出不同程度的降低；隨著醋醅中含水量的變化，醇類的組成也發(fā)生了較大的變化，含水量越低新生成的醇類越多。在含水量60%的醋醅中，仍然有3種白醅中的醇類得以保留，新產(chǎn)生的醇僅有(2R,3R)-(-)-2,3-丁二醇1種；而在含水量50%和40%的醋醅中僅能檢測出苯乙醇1種白醅中原有的醇類。含水量50%的醋醅中新產(chǎn)生的(2R,3R)-(-)-2,3-丁二醇是其含量最高的醇類；在含水量40%的醋醅中仍然是白醅中原有的苯乙醇含量最高，但新生成的4種醇類總含量約為苯乙醇的2倍。熏醅過程中醇類在缺氧環(huán)境會轉(zhuǎn)變?yōu)槿╊惖萚10]，而新產(chǎn)生的醇類和醋醅中酯類的降解有關(guān)[11-12]或是與美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物有關(guān)[13]，由此可知，含水量的降低會促進(jìn)醇類的轉(zhuǎn)化進(jìn)而通過美拉德反應(yīng)生成新的物質(zhì)。

圖1 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性醇類的對比Fig.1 Comparison of volatile alcohols in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.2 酸類揮發(fā)性組分在不同水分條件熏醅中對比分析

由圖2可知，熏醅后含水量60%的醋醅與白醅相比酸類含量變化不大，乙酸仍然是絕對的主要組分。在含水量50%的醋醅中乙酸的相對含量降幅最大，僅剩13.73%，同時新生成的酸種類在各種樣品中最多達(dá)到9種，新生成的酸中棕櫚酸和苯甲酸含量較高，分別達(dá)到3.15%和1.14%。含水量40%的醋醅中乙酸的相對含量由白醅的55.34%降為27.68%，降幅小于含水量50%的醋醅，同時，新生成6種酸，其中棕櫚酸含量最高，達(dá)到3.34%。在熏醅過程中醋醅的總酸含量幾乎不變[14]，乙酸在總揮發(fā)性化合物中相對濃度的變化可能是受到其他化合物含量的變化引起醋體流變性質(zhì)的變化從而影響乙酸釋放的速度[15]。

圖2 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性酸類的對比Fig.2 Comparison of volatile acids in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.3 醛、酮、酚類揮發(fā)性組分在不同水分條件熏醅中對比分析

由圖3可知，熏醅前白醅中雖然有7種醛類，但是其含量都很低，在總的揮發(fā)性組分中占比不足1%。熏醅前白醅中的糠醛含量占比幾乎可以忽略，熏醅后其含量相對于白醅平均增加數(shù)百倍，在含水量60%和40%的醋醅中其相對含量由熏醅前的0.07%分別增至30.46%和25.93%，成為僅次于乙酸的第二大揮發(fā)性組分；在含水量50%的醋醅中其相對含量達(dá)到19.74%，雖然低于其他兩種水分中的相對含量，但已經(jīng)超過乙酸的相對含量(13.73%)成為第一大揮發(fā)性組分。在新增的醛類中有3種醛類含量較高，分別是5-甲基呋喃醛、5-羥甲基糠醛和香蘭素，其中5-甲基呋喃醛在3種不同含水量的醋醅中均可以檢測到，且按照含水量的降低而升高；其他兩種醛只在含水量50%和40%的醋醅中檢測到，5-羥甲基糠醛的相對含量在含水量40%的醋醅中較高，而香蘭素正好相反。醛類的性質(zhì)比較活潑，在高溫條件下可以成為多種反應(yīng)的中間產(chǎn)物[16]，高溫會加快反應(yīng)的速率，醛類在美拉德反應(yīng)中并非最終產(chǎn)物，還會進(jìn)一步向分子量較高的類黑精等終產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)。這些醛類的變化間接反映出醋醅含水量的變化對山西老陳醋香味形成有較大的影響。

圖3 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性醛類的對比Fig.3 Comparison of volatile aldehydes in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

酮類在山西老陳醋的揮發(fā)性組分中占比不大，但酮類化合物與吡嗪類化合物的生成有密切關(guān)系[17]，乙偶姻含量不斷降低或消失可能與川芎嗪的生成有關(guān)[18]。由圖4可知，在白醅中僅檢測到乙偶姻1種酮類，占總揮發(fā)性物質(zhì)的2.93%。熏醅后，含水量50%的醋醅中未檢測出酮類揮發(fā)性物質(zhì)，含水量60%的醋醅中檢測出乙偶姻和苯基丙酮2種酮類，含水量40%的醋醅中檢測出4-(2-呋喃基)-3-丁烯-2-酮和5,6-二氫-2H-吡喃-2-酮2種酮類，且這些化合物在各自的總揮發(fā)性組分中占比均未超過1%。

圖4 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性酮類的對比Fig.4 Comparison of volatile ketones in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

由圖5可知，酚類是熏醅后新形成的揮發(fā)性組分，與酮類變化規(guī)律相似，在含水量50%的醋醅中未被檢測出，且在各自的總揮發(fā)性組分中占比較小。在含水量60%的醋醅中檢測出4-甲氧基苯酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚和愈創(chuàng)木酚3種酚類；在含水量40%的醋醅中檢測出丁香酚1種酚類。這些酚類化合物含量雖然不高，但它們的氣味閾值很低，只需要很低的濃度就可以為醋醅提供顯著的獨特的木質(zhì)煙熏香味[19]。

圖5 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性酚的對比Fig.5 Comparison of volatile phenols in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.4 酯類揮發(fā)性組分在不同水分條件熏醅中對比分析

在熏醅前，在白醅揮發(fā)性組分中酯類種類最多有23種(見圖6)，相對含量總占比超過了30%，其中乙酸乙酯含量最高，占比達(dá)19.28%。熏醅后，在含水量60%的醋醅中酯類含量和種類大量減少，由熏醅前的23種減少為11種，其中包含熏醅過程中生成的1種酯類1,3-丙二醇二乙酸酯。這11種酯類的總相對含量也只剩不到3%，相對于熏醅前降低了10倍。隨著醋醅含水量的進(jìn)一步降低，在含水量50%的醋醅中酯類變?yōu)?5種，白醅中原有的酯類僅剩2種，其他酯類全部消失，這2種酯類相對含量與白醅相比大幅升高，其中油酸乙酯的含量由0.14%升高至5.95%，棕櫚酸乙酯的含量由1.07%升高至14.39%；新生成的酯類中，亞油酸乙酯的相對含量最高，達(dá)到11.21%，其他酯類的相對含量均小于1%。在含水量40%的醋醅中酯類變?yōu)?1種，白醅中原有的酯類僅剩油酸乙酯，其相對含量由0.14%增加至2.99%，新生成的酯類中丙二醇甲醚醋酸酯、十四酸乙酯和亞油酸乙酯的相對含量較高，分別達(dá)到1.22%、6.45%、5.14%。白醅中的酯類由微生物代謝產(chǎn)生，熏醅過程是一種長時間的高溫環(huán)境，這種條件不利于這些酯類的穩(wěn)定，被大量分解[20]。相對而言，醋醅含水量降低反而積累了更多的分子量較大的酯類，因此含水量的變化對于醋醅中的酯類變化和積累有較大影響。

圖6 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性酯類的對比Fig.6 Comparison of volatile esters in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.5 雜環(huán)類揮發(fā)性組分在不同水分條件熏醅中對比分析

由圖7可知，雜環(huán)類是熏醅后新出現(xiàn)的揮發(fā)性組分，是山西老陳醋熏醅過程中形成的重要揮發(fā)性組分，其相對含量在含水量50%的醋醅中最高，在含水量40%的醋醅中次之，在含水量60%的醋醅中最低。其中的吡嗪類是山西老陳醋重要的特征香味，主要呈現(xiàn)出咖啡香、堅果香和烘烤香氣。吡嗪類在含水量60%的醋醅中種類最多，形成了2,3,5-三甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5,6-三甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪4種，而山西老陳醋標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的特征理化指標(biāo)川芎嗪只在含水量50%和40%的醋醅中檢測到，且在含水量40%的醋醅中含量較高，表明熏醅過程中含水量的變化會影響川芎嗪的最終積累。在雜環(huán)類中還檢測到了呋喃、吡咯、吡喃等化合物，其中只有2-乙?；秽梢栽?組不同含水量的醋醅中同時檢測到，并且其相對含量隨著醋醅含水量的降低而升高。

圖7 不同含水量醋醅熏醅前后揮發(fā)性雜環(huán)類的對比Fig.7 Comparison of volatile heterocycles in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

3 結(jié)論

醋醅經(jīng)過熏醅后其揮發(fā)性組分均出現(xiàn)了較大改變，可知熏醅對山西老陳醋的香味構(gòu)成有很大的影響。這些影響主要表現(xiàn)在白醅中原有的酯類大量減少，同時新生成了酮類、酚類、雜環(huán)類等白醅中沒有的揮發(fā)性組分。醋醅含水量的變化對其揮發(fā)性化合物組分的影響同樣很大，含水量60%的醋醅能夠生成種類較多的醛類、酚類和雜環(huán)類，但是酯類的損失最大；含水量50%的醋醅中新生成較多的酸類，并且更有利于酯類的形成；含水量40%的醋醅對酯類的積累貢獻(xiàn)僅次于含水量50%的醋醅，同時對于醛類的積累貢獻(xiàn)最大。對于山西老陳醋的特征理化指標(biāo)川芎嗪，表現(xiàn)為醋醅含水量降低更有利于川芎嗪的積累。另一個主要的揮發(fā)性組分糠醛表現(xiàn)為在含水量60%的醋醅中更容易積累，其次是在含水量40%的醋醅中。