基于GC-MS法的陈醋熏醅过程香气成分变化分析

李娟，刘建军，彭艳杰，张鹏*

(1.河北医科大学 临床学院，石家庄 050031；2.河北科怡科技开发有限公司，石家庄 050006；3.石家庄工程职业学院，石家庄 050061)

山西老陈醋在进行酿造工艺过程中，最核心的工序是熏醅[1-2]。通过熏醅工艺可以使陈醋具有独特的风味[3]。一般传统的熏醅工序过程是利用地热碳火加热装有发酵成熟醋醅的陶缸，温度始终维持在80～90 ℃，每24 h倒缸一次，反复5 d之后，若醋醅变为红褐色，则醋醅可以出缸结束熏醅。在熏醅过程中醋醅会发生水解反应和美拉德反应，由此产生大量的醛类、酮类物质，与发酵过程中产生的酯类物质作用，可以使陈醋醇厚绵长、口感柔和。

目前，国内对于陈醋的香气成分已有了初步的分析和研究。其中，李弘文等[4]利用顶空法和气质联用的方式确定了熏醅后陈醋香气的主要成分为醛、醇、酯和酸等物质；谷小凤[5]采用气相色谱-质谱法分析了10余种品牌陈醋的挥发性香气成分。但是，对于陈醋熏醅过程中的香气成分变化规律还未见报道。因此，本文以山西老陈醋作为原料，采用GC-MS分析法对陈醋熏醅过程中的香气成分和变化规律进行研究，为后续陈醋熏醅工艺的优化提供了相关理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山西老陈醋的样品：白醅(已发酵成熟的醋醅)、熏醅(按照传统方法熏制后的成熟醋醅)，均由山西老陈醋集团有限公司提供。

NaCl(分析纯)：由上海化学试剂有限公司提供。

1.2 仪器与设备

Varian 8400固相微萃取进样器、75 μm碳分子筛/聚二甲基硅氧烷萃取纤维头(CAR/PDMS)、20 μL顶空进样瓶、GC7890-5975C型GC-MS联用仪(配置Dean Switch装置) 美国Supelco公司；BS224S电子天平 北京塞多利斯仪器系统有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 香气成分萃取方法(HS-SPME)[6]

将CAR/PDMS萃取纤维头在气相色谱进样口进行老化，直到无杂峰为止。老化条件：温度250 ℃，时间30 min。称量混合均匀的待测样品3.0 g，放入20 μL顶空进样瓶中，再称量1.5 g的NaCl和4 mL的蒸馏水加入并溶解。将进样瓶加盖密封放入孵化炉。设置孵化炉孵化参数为：温度45 ℃，搅拌速度100 r/min，时间30 min。孵化完成后，将老化的CAR/PDMS萃取纤维头插入顶空瓶中，保持萃取头顶部与液面距离为1.5 cm。其后将纤维头推出，设置萃取温度为40 ℃，萃取时间为40 min。然后进行解样，设置参数为温度250 ℃，时间5 min。

1.3.2 气相色谱-质谱(GC-MS)分析条件

色谱条件：采用RTX-WAX色谱柱(30 mm×0.25 mm×0.25 μm)测试陈醋香气成分；载气为氦气，流量设置为1.0 mL/min，不分流；设置升温程序[7]：初始温度32 ℃，保温时间2 min，以3 ℃/min的升温速度加热至120 ℃，保温10 min，再以10 ℃/min的升温速度加热至250 ℃，保温10 min。

质谱条件：采用电子电离源EI，电子能量70 eV；传输条件：温度280 ℃，粒子源温度设置为250 ℃；四极杆温度设定为150 ℃；质量扫描范围(m/z)18～500；采集速度设定为1.56 Scan/s。

1.3.3 定性和定量分析方法

采用HS-SPME方法萃取的香气按照GC-MS分析条件进行解样和扫描后，将检测的结果与NIST 05质谱库进行对比分析，确定香气的成分结构。结合实际的成分，将各成分以波的形式呈现，峰面积为香气成分含量。

2 结果与分析

2.1 熏醅过程香气成分动态分析

在山西老陈醋中，香气的种类较多，成分复杂，这些成分以适当的比例使山西老陈醋具有特殊的香气。本文以HS-SPME结合GC-MS分析的方法对山西老陈醋熏醅过程中香气成分的动态变化规律进行了测定和分析，其结果见表1。

表1 山西老陈醋熏醅过程香气成分变化规律Table 1 The change rules of the aroma components of Shanxi aged vinegar in fumigation process

由表1可知，在熏醅过程中，香气的成分种类较多。从化合物的成分来看，酯类化合物种类最多。在熏醅之前的醋醅中，共检测出28种香气成分，含量较多的为酸类和酯类化合物；在熏醅3 d后，香气化合物成分增加至32种，其中含量最大的是酸类化合物，香气的含量由大到小的排列顺序依次为酯类>酮类>杂环类>醇类>醛类；熏醅5 d后，共检测出31种香气成分，香气成分含量的排序与熏醅3 d时相同。

以上的分析结果表明，随着熏醅工艺的进行，香气成分种类先呈现上升的趋势，在第3天时达到了32种，其后随着熏醅时间的延长，香气种类逐渐降低，到第5天时降低到31种。随着熏醅时间的增加，香气成分中酯类化合物种类逐渐减少，醇类和杂环类化合物种类逐渐增加，并最终达到了香气种类和物质的平衡。因此在进行熏醅时，一般将时间定为5 d。

2.2 熏醅过程酸类化合物成分变化规律

在未经熏醅的醋醅中，酸类化合物总含量最高，占所有香气总含量的37.12%。在熏醅前，醋醅中共有6种酸类化合物，随着熏醅过程的进行，种类减少为4种。酸类化合物的总含量和各含量的变化规律分别见图1中a和b。

图1 熏醅过程酸类化合物含量变化Fig.1 The changes in the content of acid compounds in fumigation process

由图1中a和b可知，乙酸含量最高，占酸类化合物总量的89.6%。随着熏醅的进行，酸类化合物总含量呈下降趋势。其中主要是乙酸含量的降低，其变化趋势与酸类化合物的总含量变化趋势一致。主要是由于乙酸熔点较低，而熏醅温度一般在80～90 ℃，达到乙酸熔点，导致部分乙酸蒸发；同时，在熏醅过程中需要每天倒缸，也会加速乙酸的挥发[8-9]，进一步降低含量。其他酸类成分含量也随熏醅时间的延长呈下降趋势，这主要是由于醇类和酸类化合物发生了酯类反应，降低了酸类化合物成分含量。

2.3 熏醅过程酯类化合物成分变化规律

酯类化合物主要为山西老陈醋提供果香和酒香[10]，长链酯呈油脂味，短链酯呈水果味，这类化合物对于山西老陈醋香味的形成起到了很大的作用。在未经熏醅时，醋醅中的酯类化合物总含量为26.29%，仅次于酸类化合物，其种类多达13种，在各类化合物中成分种类最多。这些酯类化合物主要是在前期的发酵过程中产生，随着熏醅过程的进行，种类减少，熏醅结束时，为9种。酯类化合物总含量和各成分含量的变化规律见图2中a和b。

图2 熏醅过程酯类化合物含量变化Fig.2 The changes in the content of ester compounds in fumigation process

由图2中a和b可知，在1～2 d熏醅时，酯类化合物总含量降低速度较快，其中乙酸乙酯、乙酸-3-甲基丁酯等化合物含量急剧降低，苯甲酸乙酯则消失；在熏醅3～5 d时，酯类化合物总含量降低速度放缓，乙酸乙酯等成分含量持续降低，乙酸己酯、己酸乙酯等成分消失。主要是由于酯类化合物在温度较高时具有较强的挥发性，导致一些酯类化合物成分含量降低甚至消失。

2.4 熏醅过程醇类化合物成分变化规律

熏醅过程中醇类化合物的总含量和各成分含量变化见图3中a和b。

图3 熏醅过程醇类化合物含量变化Fig.3 The changes in the content of alcohol compounds in fumigation process

由图3中a和b可知，在熏醅之前，共检测到3种醇类化合物，占所有香气总含量的2.89%。其中最主要的成分是苯乙醇，属于芳香族化合物，呈玫瑰和甜香味，是醋醅中的苯丙氨酸在前期发酵过程中，通过Strecker降解反应再还原后产生的[11]。随着熏醅过程的进行，醇类化合物总含量持续下降，由2.89%降低至1.15%，种类也减少为2种。

醇类化合物含量和种类的降低，一方面是由于醇类化合物挥发性强，如3-甲基丁醇，熏醅3 d时全部挥发，几乎检测不到；另一方面是由于苯乙醇和乙酸发生酯化反应，作为反应物使苯乙醇含量进一步降低。

2.5 熏醅过程醛类化合物成分变化规律

在熏醅过程中，只有醛类和杂环类化合物的总含量和种类增加。醛类化合物总含量和化学成分在熏醅过程中的变化见图4中a和b。

图4 熏醅过程醛类化合物含量变化Fig.4 The changes in the content of aldehyde compounds in fumigation process

由图4中a和b可知，在熏醅之前的醋醅中，醛类化合物总含量较少，只有1.28%，熏醅工序完成后，总含量增加至8.92%，种类也由2种增加为4种。

醛类化合物使山西老陈醋具有独特的香味，主要表现为焦糖香味，其最主要的成分为糠醛。醛类化合物一部分是在发酵过程中产生，并在熏醅时一直存在；另一部分则是由熏醅过程的美德拉反应生成。由于性能稳定，且在熏醅工序中作为生成物，因此醛类化合物总含量增加。

2.6 熏醅过程杂环类化合物成分变化规律

在熏醅前，杂环类化合物总含量为3.88%，熏醅至第3天时，含量增加至41.85%；至第5天时，含量增加至61.68%，其种类由2种增加为6种，如2-呋喃甲醇是通过酮类化合物和氨基酸反应产生，在熏醅3 d时检测到，使杂环类化合物成分种类和含量均增加。

3 结论

通过以上的试验与分析，主要得出以下结论：

为了研究熏醅工艺对山西老陈醋香气成分的影响，本文采用HS-SPME方法萃取，GC-MS分析方法进行分析，确定山西老陈醋的香气成分主要为酸类、酯类、酮类、杂环类、醇类和醛类化合物，并确定各成分含量。

通过对山西老陈醋在熏醅过程中的香气成分变化规律进行分析，发现酸类、酯类和醇类化合物总含量呈下降趋势，醛类和杂环类化合物总含量呈上升趋势，并对香气中各成分变化规律和产生原因进行分析，为后续熏醅工艺的优化提供了理论依据。