谷物酿造传统食醋化学成分研究进展

聂佳慧，李 艺，秦雪梅，李震宇,*

（1.山西大学中医药现代研究中心，山西 太原 030006；2.山西大学化学化工学院，山西 太原 030006）

我国是最早生产谷物醋的国家，食醋酿造历史悠久，酿造原料以谷物为主。有文字记载的酿醋工艺始于西周，但由于地域的不同，我国人民在长期的酿醋过程中，按照本地的历史、地理、物产和生活习惯，创造了多种不同种类的酿造食醋，《齐民要术》中曾详细列出几十种制醋原料和不同的酿造方法。

近年来食醋的保健功能逐渐受到人们重视，其保健功能和营养价值与其所含的化学成分密切相关。近年来研究人员对食醋的化学成分开展了大量研究工作，研究较多的成分包括氨基酸、有机酸、总黄酮、川芎嗪、挥发性成分、无机元素等。其中，氨基酸和有机酸在食醋中含量较高，研究也最为深入。陈树俊等对2009年之前山西老陈醋功效成分的进展进行过综述[1]。近年来随着对食醋研究的深入，又有很多新的物质成分报道，如多元醇、类黑精等。为了进一步研究利用食醋的功能成分，发掘食醋新的生物学功能，本文就目前我国谷物酿造食醋中化学成分的研究现状进行综述。

1 氨基酸

研究表明，在食醋的生产过程中，微生物分解植物中蛋白质生成游离氨基酸，大量氨基酸的存在使酿造食醋富含营养，味道醇厚柔和[2-4]。在现有酿造食醋氨基酸成分研究的文献中，已有26 种氨基酸被报道，包括20 种组成蛋白质的编码氨基酸（包含人体所需的8 种必需氨基酸、2 种半必需氨基酸及12 种非必需氨基酸）以及6 种其他氨基酸（图1），分别是胱氨酸、鸟氨酸、牛磺酸、α-氨基己二酸、α-氨基丁酸和γ-氨基丁酸。与配制食醋相比，酿造食醋中含有较多的甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、丝氨酸等[3,5-8]，有研究认为这些氨基酸可以作为鉴别酿造食醋和配制食醋的检测指标[8]。

图 1 酿造食醋中的6 种其他氨基酸Fig. 1 Other amino acids in grain-derived traditional vinegar

不同种类酿造食醋中氨基酸的种类及含量均存在差异，这可能与其酿造原料、发酵方式、菌种、陈酿时间等的不同有关。有研究采用氨基酸分析仪对不同食醋（山西老陈醋、保宁醋、镇江香醋、永春老醋）的氨基酸组成进行了分析，发现共有的氨基酸有14 种，包括甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、γ-氨基丁酸；保宁醋、山西老陈醋、镇江香醋中含量较高的氨基酸为亮氨酸、谷氨酸、缬氨酸，而液态发酵食醋福建红曲醋中异亮氨酸、甘氨酸的含量较高；α-氨基已二酸仅在永春老醋中检测到，而精氨酸、组氨酸、赖氨酸和鸟氨酸未在永春老醋中检测到；在山西老陈醋中未检测到α-氨基丁酸和酪氨酸[3]。另有研究采用氨基酸分析仪对不同年限山西老陈醋进行了分析，结果显示老陈醋中还含有牛磺酸、色氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、组氨酸[9]。墨淑敏等采用电化学检测色谱法检测了3 份酿造食醋样品中18 种氨基酸的含量，除了上述氨基酸外还在食醋中检测到谷氨酰胺[8]。有研究对不同食醋中氨基酸总量进行了比较，结果显示保宁醋中氨基酸总量最高（3 4 3 8.5 5 m g/1 0 0 m L），其次为镇江香醋（1 6 8 2.3 6 m g/1 0 0 m L）和山西老陈醋（1 346.54 mg/100 mL），最低为永春老醋（3 年陈酿为737.55 mg/100 mL，5 年为840.16 mg/100 mL，8 年为933.7 mg/100 mL）[3]。王争争等比较了9 个品牌13 种山西老陈醋的氨基酸组成，以17 种氨基酸计算的氨基酸总量范围在565.5～3 371.5 mg/100 mL之间；丙氨酸含量最高，其平均值为272.2 mg/100 mL，占氨基酸总量的14.43%；组氨酸含量最低，其平均值为20.0 mg/100 mL，仅占氨基酸总量的1.06%[6]；王争争等进一步对不同陈酿期9 种山西老陈醋进行了比较，发现17 种氨基酸总量范围在630～3 200 mg/100 mL，随着酿造时间的延长，氨基酸总量呈升高趋势；10 种氨基酸随着陈酿时间的延长呈现逐渐升高趋势，而其余7 种氨基酸含量随着陈酿时间未见明显升高，说明这些氨基酸在陈酿过程中可能参与化学反应，导致含量发生复杂的动态变化[2,6]。此外，陈酿期分别为3、5 年和8 年的福建红曲醋中的氨基酸总量呈上升趋势[3]。

表 1 4大名醋中所检测到的氨基酸成分Table 1 Amino acids detected in grain-derived traditional vinegar

酿造食醋的风味与其所含氨基酸种类和含量存在一定联系[2-3]。根据呈味情况，食醋中所检出的氨基酸可以分为甜味氨基酸、鲜味氨基酸、苦味氨基酸和涩味氨基酸4 类。其中，酿造食醋中苦味氨基酸（如亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等）种类最多，并且对食醋的滋味有所贡献。但是食醋中鲜有苦味感，这可能与滋味间的相互作用相关[3]。在食醋中，甜味氨基酸的种类也较多，其中，丙氨酸和甘氨酸的含量较高，鲜味氨基酸种类最少，主要为天冬氨酸和谷氨酸。通过对照各类氨基酸在水中的呈味阈值计算其味道强度值，发现谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸对食醋滋味贡献较大[3]。

食醋中氨基酸的检测方法主要包括：氨基酸分析仪检测法、离子交换色谱-电化学检测法、气相色谱法[3,12]等，不同的检测方法对食醋中氨基酸有一定的选择性。有研究采用氨基酸分析仪在山西老陈醋中未检测到胱氨酸和色氨酸，认为原因可能是胱氨酸在蛋白质中含量较少，而色氨酸与其他成分共存时易分解[5]；但另有研究采用氨基酸分析仪在山西老陈醋中检测到胱氨酸的存在[6]，采用毛细管电泳-电化学检测法检测到了山西老陈醋中存在色氨酸[4]。因此，全面的食醋氨基酸分析需要综合运用多种分析手段。

2 有机酸

据报道，目前在酿造食醋中共检测到32 种有机酸（图2、3）。乙酸在酿造食醋中含量最高，可达总有机酸的30%以上[9,13-14]。食醋中除甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸外，还含有一些非挥发性有机酸，如草酸、柠檬酸、琥珀酸、酒石酸、富马酸等。部分有机酸与三羧酸循环有关，如柠檬酸、丙酮酸、苹果酸等，这些有机酸是食醋发酵过程中存在的醋酸菌、乳酸菌、酵母菌等微生物通过丙酮酸或三羧酸循环形成的[7]。此外，酿造食醋中还含有一些芳香有机酸。在日本糙米醋中检测到的芳香有机酸包括阿魏酸、芥子酸、没食子酸、水杨酸、绿原酸、香草酸、反式对香豆酸、二氢阿魏酸和二氢芥子酸[10,15]；在山西老陈醋中检测到的芳香有机酸包括原儿茶酸、对羟基苯甲酸、水杨酸、芥子酸、阿魏酸、香豆酸、二氢芥子酸和二氢阿魏酸[16]。谷物酿造食醋中含有较多的二氢阿魏酸和二氢芥子酸，主要来源于发酵过程中阿魏酸和芥子酸中的反式双键的还原。

图 2 酿造食醋中的有机酸Fig. 2 Organic acids in grain-derived traditional vinegar

图 3 酿造食醋中的芳香有机酸和儿茶素Fig. 3 Aromatic organic acids and catechin in grain-derived traditional vinegar

目前，我国4大名醋中对有机酸的组成研究最为深入，检测到的有机酸成分如表2所示。可见山西老陈醋中检测到的有机酸种类有29 种，镇江香醋中检测到的有机酸有9 种，永春老醋中检测到的有机酸7 种，保宁醋中检测到有机酸9 种，4大名醋中检测到的共有有机酸有7 种，包括草酸、酒石酸、丙酮酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸。

表 2 4大名醋中所检测到的有机酸成分Table 2 Organic acids detected in grain-derived traditional vinegar

不同种类的酿造食醋中所含有机酸的含量也存在一定差异，其原因在于酿造原料、工艺、以及陈酿期的不同。余宁华等对不同地域的11 个典型发酵食醋中10 种有机酸进行了比较，结果表明，乙酸和乳酸占总有机酸的80%以上，而α-酮戊二酸和富马酸含量最低，在大部分样本中均未检测到；苹果酸、丙酮酸和琥珀酸在镇江香醋中含量较高，乳酸在保宁醋中含量较高，柠檬酸、富马酸在山西老陈醋中含量较高[13]。吕利华等对6 个品牌的山西老陈醋中8 种有机酸进行了比较，结果显示不同老陈醋样品中有机酸含量差异较大，其中酒石酸、柠檬酸含量波动范围最大[17]。酿造工艺对食醋有机酸的组成也有较大影响，如液态发酵和固态发酵的保宁醋中有机酸的组成和含量也存在较大差异[13]。有机酸的含量和比例在陈酿过程中也会发生变化，原因在于食醋陈酿过程中有机酸可能参与复杂的化学反应以及水分的蒸发。部分挥发性酸有机酸在陈酿过程中含量可能下降，如乙酸、丙酸、丁酸等[18]。

各种酿造食醋的风味差别除了与氨基酸有关外，还与其中所含有机酸的种类、含量以及相互比例的差异有关。如山西老陈醋中琥珀酸、苹果酸和α-酮戊二酸含量较其他种类的食醋高，使其在pH值升高的同时酸味得到了缓冲，从而入口绵软，减少刺激感[19]；镇江香醋具有酸而不涩的口感，可能是因为其在发酵过程中丙酮酸、苹果酸和琥珀酸较其他区域的食醋更易积累；而保宁醋因含大量乳酸而具有酸味柔和、酸中回甜的特点[13]。

食醋中含有与人体三羧酸循环有关的有机酸，如柠檬酸、丙酮酸、苹果酸等。据文献报道，食醋中有机酸有一定的抑制细菌、调节血糖、调节血脂的功能[20]。此外，食醋中的芳香有机酸类大多具有一定生物活性，如原儿茶酸具有一定的抗氧化[21-22]、抗高血糖[23]、抗炎[24]以及抗癌作用[25]；咖啡酸具有抗氧化、升高白细胞及血小板浓度、抗炎、抗病毒、抗菌等作用[26]；香草酸具有保护DNA氧化损伤以及抑制酪氨酸酶作用[27-28]；二氢阿魏酸具有清除自由基活性，且作用强于阿魏酸[29-30]。

3 多元醇和糖类

多元醇是含有2 个羟基以上的醇类，包括六元醇（山梨醇、甘露醇、麦芽糖醇等）、五元醇（木糖醇、阿拉伯醇）、四元醇（赤藓醇）等，是淀粉、糖类等原料经过发酵的产物。这类成分大多具有一定的生物学功能，常作为保健食品的原料[31]。白酒中的多元醇是其甜味的主要来源，其甜度随羟基数的增加而增强，可以使白酒更加丰满醇厚[32]。酿造食醋中的多元醇类也与其风味密切相关，赤藓醇、阿拉伯醇、甘露醇是食醋甜味来源之一[33]。目前已报道的食醋多元醇类成分包括赤藓醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、肌醇、甘露醇、山梨醇（图4），其含量测定方法主要是衍生化后采用气相色谱-质谱联用进行测定。有研究以6 种多元醇为指标，对37 份地理标志山西老陈醋、47 份地理标志镇江香醋及52 份非地理标志食醋进行了质量浓度测定，结果表明6 种多元醇在所测的食醋样品中质量浓度差异较大，如山西老陈醋中赤藓醇的质量浓度（221 mg/L）明显高于镇江香醋（73 mg/L），而镇江香醋中肌醇（343 mg/L）、甘露醇（359 mg/L）质量浓度明显高于山西老陈醋（251、224 mg/L）[11]。

图 4 酿造食醋中的多元醇类Fig. 4 Polyalcohols in grain-derived traditional vinegar

对食醋中糖类含量测定多以总糖或者总还原糖为指标进行[9,34]。食醋的糖分与风味、食醋的稠厚度有关，已报道的糖类物质包括葡萄糖、麦芽糖、甘露糖、阿拉伯糖、棉籽糖、山梨糖等，主要来源于各种原料中所含的寡糖[1]，也可能来源于原料中多糖在发酵过程中的降解。李爱平等建立的食醋核磁共振指纹技术可检测到酿造食醋中含有葡萄糖、乳糖、蔗糖等糖类成分[35]，但糖类成分的准确鉴定需要进一步采用气相色谱-质谱联用技术。不同谷物酿造食醋中糖类成分差异比较研究鲜见报道。有研究报道苹果醋中含有果糖、葡萄糖和蔗糖[36]，意大利香脂醋（主要原料为葡萄）中含有木糖、阿拉伯糖、核糖、鼠李糖、果糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖以及蔗糖[37]，柿子醋中检测到具有免疫调节活性的多糖（阿拉伯-β-3,6-半乳聚糖）[38]。这些研究对粮食酿制食醋中糖类的研究具有一定借鉴意义。

4 黄酮类

目前认为食醋中的黄酮类成分与其保健功能密切相关，现有研究大多采用紫外-可见分光光度法测定总黄酮（以芦丁为标准品）[9,34,39]。

有研究对26 种不同食醋中总黄酮的质量浓度进行了比较，结果显示不同食醋中总黄酮质量浓度差异较大，3 年陈酿山西老陈醋总黄酮质量浓度（2.135 mg/mL）最高，镇江香醋（1.22～2.03 mg/mL）和山西老陈醋总黄酮质量浓度（1.120～2.135 mg/mL）较高，其次是北京产食醋（1.372 mg/mL）和上海产香醋（1.508 mg/mL）[40]。有研究显示，在5 年陈酿山西老陈醋中测得的总黄酮质量浓度为3.03 mg/mL[41]。

现有报道中对食醋中黄酮类成分的结构研究相对较少。有研究采用高效液相色谱法对日本糙米醋中的黄酮类成分进行分析，以20 种黄酮类（包括芦丁、木犀草素、槲皮素、异鼠李素等）作为对照品，通过保留时间对照的方式在糙米醋中仅检测到儿茶素1 种黄酮类成分[10]。酿造食醋中的黄酮类成分与食醋的品质和保健价值密切相关，山西老陈醋新的国家标准中也增加了总黄酮的测定，但由于所含黄酮类成分的结构尚不清楚，目前难以建立专属性更强的高效液相色谱测定方法。因此，食醋中黄酮类成分的结构还需进行深入研究。

5 川芎嗪

川芎嗪，即四甲基吡嗪，是中药川芎的主要有效成分之一，具有强心[42]、扩张血管[43]、增进微循环及改善心脑血管[44]的功能。食醋中川芎嗪的生成机制尚不清楚，一般认为酿造食醋中川芎嗪的生成来自于氨基酸和还原糖的美拉德反应，其生成机制有两种假说：一种认为在美拉德反应后期，还原酮或者脱氧还原酮经Strecker降解后可能生成川芎嗪；另外一种认为食醋中由氨基酸和糖代谢产生的乙偶姻与氨气反应生成中间产物氨基丁酮，氨基丁酮又与乙偶姻缩合形成川芎嗪[34,45]。

目前，食醋中川芎嗪的含量测定主要集中在山西老陈醋和镇江香醋，鲜见保宁醋和永春老醋中川芎嗪的含量检测报道；而白醋和白米醋中则未检测到川芎嗪[46]。陈继承等对全国36 个食醋样本中川芎嗪质量浓度进行了测定，其质量浓度范围在0.017～131.108 mg/kg，镇江香醋和山西老陈醋普遍质量浓度较高，说明川芎嗪的质量浓度在不同种类的酿造食醋中差异较大；其中，镇江香醋中川芎嗪的质量浓度范围在4.60～131.11 μg/mL[45]。有研究比较了62 份地理标志山西老陈醋和82 份非地理标志山西老陈醋以及其他48 份对照食醋中川芎嗪的质量浓度，地理标志山西老陈醋中川芎嗪质量浓度范围在10.2～88.7 μg/mL，且其平均值和中位值明显高于非地标山西老陈醋及其他对照陈醋[47]。随着陈酿时间的延长，山西老陈醋和镇江香醋中川芎嗪的含量均呈升高的趋势[34,48]。

6 挥发性成分

食醋中的挥发性成分也是其风味形成的重要组成部分，已有大量文献涉及对酿造食醋中挥发性成分的研究，定性分析和定量检测到的化学成分有上百种，包括醇类、酯类、酮类、醛类、酸类及吡嗪类化合物。食醋挥发性成分的分析技术主要是气相色谱或气相色谱-质谱联用。

在定量分析方面，有研究应用气相色谱法通过标准品和内标定量的方法，建立了山西老陈醋中的9 种香气成分的测定与分析方法[49]；另有研究利用固相微萃取-气相色谱-质谱联用对山西老陈醋中的23 种挥发性成分进行了定量分析，包括酯类、醇类、醛类、酮类、酚类及杂环化合物[18]。食醋中挥发性成分种类和含量的差异与酿醋的原料密切相关。有研究利用气相色谱-质谱联用指纹图谱对几种中国传统食醋（山西老陈醋、镇江香醋、龙门米醋）挥发性成分的相对峰面积进行分析，结果表明，酸类化合物在这几种食醋中的相对含量相差不大，镇江香醋和山西老陈醋中酯类成分种类和含量均较高，而龙门米醋中的酮类化合物的相对含量明显较高[50]。不同厂家山西老陈醋的挥发性成分种类和含量也有一定差异，因此，生产工艺、生产环境及生产过程中质量控制也可能导致挥发性成分种类和含量的差异[50]。另外，有研究利用气相色谱-质谱联用对5 年和8 年两种陈酿期山西老陈醋进行对比分析得出，随着陈酿期的延长，由于部分挥发性成分损失或转化为其他成分，香气成分的总量呈减少趋势，但其种类随陈酿期的延长而增加[51]。

7 类黑精

类黑精是指碳水化合物（一般指糖类）与带有自由氨基的含氮化合物（如氨基酸、肽、蛋白质等）之间发生美拉德反应后期形成的一种棕褐色物质，是一类结构复杂、聚合度不等的高分子化合物的混合体[52]。研究发现类黑精具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤等多种生物活性[53]。

张锦华等研究了老陈醋中的类黑精成分，研究发现熏醅工艺提高老陈醋的抗氧化活性的原因在于生产大量不同分子质量的类黑精组分[54]；进一步研究发现类黑精的抗氧化作用与自由基清除和线粒体自噬有关[19]。此外研究人员还发现老陈醋中的类黑精组分对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌等具有显著的抑菌活性，其中3～5 kDa分子质量的类黑精组分抑菌活力最强[55]；基于体外胆汁胶束法的降血脂活性测定结果表明，3～5 kDa分子质量的类黑精组分降血脂活性最佳[56]。血管紧张素转化酶抑制实验显示老陈醋类黑精对血管紧张素转化酶的抑制活性中心为类黑精核心，而不是以非共价键连接在类黑精骨架上的低分子质量复合物[57]。蒋家奎研究了镇江香醋中类黑精的还原能力、清除羟自由基活性、亚铁离子螯合能力，结果显示镇江香醋中的类黑精成分也具有一定的抗氧化作用[58]。

8 无机元素

食醋中无机物主要来源于酿造时所选用的水、原料，以及酿造所用工具、容器等[1]。综合文献报道，在现有对食醋中无机元素的检测中，共检到40 种，包括K、Ca、Na、Mg、Mn、Zn、Cu等36 种金属元素（表3），以及P、Se、B、As 4 种非金属元素[10,11,59-61]。有研究认为，从食醋元素组成来看，食醋虽然呈现酸性，但含有较多的K、Ca、Na、Mg，所以为碱性食品。

表 3 食醋中检测到的无机元素Table 3 Inorganic elements detected in grain-derived traditional vinegar

郑彦婕等采用电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）仪和电感耦合等离子发射光谱（inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，ICP-AES）仪测定了山西老陈醋和镇江香醋中38 种无机元素的含量，12 种元素的含量在镇江香醋和山西老陈醋中存在显著性差异，镇江香醋中的Cd、Ba、Mn、Zn、Ni、Mo的含量高于山西老陈醋，而山西老陈醋的Al、Ca、Fe、Pb、Cs、As的含量则高于镇江香醋，山西老陈醋中的Ca、Fe元素高的原因在于山西水中的硬度普遍高于镇江地区[60]。

另有报道比较了米醋、陈醋、香醋、白醋中10 种元素的含量，发现Ca、Mg、Fe、Zn和Mn元素在香醋中含量均为最高，Mn在白醋中未检测到，Cu在米醋和陈醋中未检测到[61]。

9 结 语

传统酿造食醋保健功能的发挥依赖于其所含的化学成分，因此，阐明其物质基础有助于进一步发掘其营养保健价值。食醋由于原料和工艺的复杂性，其化学组成非常复杂，是典型的化学复杂体系。本文从氨基酸、有机酸、多元醇和糖类、黄酮类、川芎嗪、挥发性成分、类黑精、无机元素的角度对近年来谷物酿造食醋的化学成分研究进行了综述，其中氨基酸、有机酸、挥发性成分的研究最为深入，化学结构相对清楚，而芳香有机酸类、黄酮类、类黑精、多元醇、糖类的结构研究相对薄弱，但这些成分却多具有抗氧化、抗炎、降脂等生物学功能，对于食醋的保健功能挖掘和进一步的产品开发至关重要。

化学成分的结构与其生物活性密切相关，深入研究酿造食醋所含的化学成分，可进一步准确揭示其生物活性，有助于科学阐释传统酿造食醋的营养保健功能。此外，这些功能成分也可为食醋质量标准研究中建立专属性更强的量化指标提供依据，以及为食醋酿造过程的中工艺优化和生产过程监测提供更全面的量化指标。