山西老陈醋不同熏醅工艺对风味物质的影响

王宏霞，闫裕峰，郎繁繁，周景丽，陈旭峰，许 女*

（1.山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030801；2.山西紫林醋业股份有限公司，山西 太原 030400；3.山西农业大学 实验教学中心，山西 晋中 030801）

熏醅是山西老陈醋这一中华民族瑰宝发酵工艺的精髓之一[1]，对山西老陈醋的风味形成至关重要[2]。传统熏醅工艺是取一半发酵成熟的醋醅放入瓮缸中，采用地炕炭火文（温）火加热的方式熏烤醋醅，温度为80～90 ℃，每天依次倒缸，5～6 d后，待色泽黑亮且富有浓郁的熏香味时即可结束熏醅[3]。熏醅过程主要发生了水解、美拉德、焦糖化等一系列复杂的化学反应，对于老陈醋最终的色、香、味都有着重要影响[4]。高温熏制过程中，在残存酶系的作用下，原料中残余的淀粉、半纤维素及蛋白质、菌体等物质缓慢水解成为还原糖与氨基酸等，经羰氨缩合，Amadori分子重排及Strecker降解等，生成大量副产物，赋予山西老陈醋独特的熏香味。另外，还原糖类物质和蛋白质水解物经醇醛缩合、杂环化、醛氨聚合等多种反应，产生了大量类黑精物质，有增加山西老陈醋的营养保健功效的作用[5]。山西老陈醋的风味主要由呈香和呈味两类物质组成，呈香物质主要是酸类、酯类、醛类、酮类、杂环类等挥发性香气成分[6-7]，呈味物质主要是有机酸、氨基酸、糖类等不挥发物质，这些不同的呈香、呈味物质共同存在于山西老陈醋中并协同作用，形成了山西老陈醋特有的味觉和嗅觉效果。

李婷等[8]采用高效液相色谱法跟踪检测山西老陈醋熏醅阶段乙酸、乳酸、琥珀酸等7种有机酸含量，结果表明乳酸和乙酸是熏醅阶段主体有机酸，占总有机酸含量的90%，在整个熏醅阶段7种有机酸的总含量逐渐增加，乙酸含量呈下降趋势，其占比由熏醅初期的75.95%降至熏醅结束时的67.12%，而乳酸、琥珀酸、苹果酸等不挥发性有机酸的含量逐渐上升，熏醅结束时其占比达到32.88%。陈涛等[9]采用气相色谱质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法对山西老陈醋熏醅样品中的挥发性香气成分进行分析，发现熏醅阶段的样品中共检测到69种风味物质，包括酸类11种、醇类3种、酯类15种、醛类7种、酮类8种、酚类3种和杂环类22种，且熏蒸过程中大部分酯和酸的含量降低，熏蒸结束后仅检测到3种酯类物质。李江涌等[10]利用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术对山西老陈醋熏醅前后香气物质进行分析，结果表明熏醅后增加了山西老陈醋特有的挥发性物质—糠醛和吡嗪类化合物。张春杰等[11]研究了熏醅工艺装备提升对山西老陈醋品质及功能成分的作用，表明蒸汽熏醅保证了物料在90 ℃的有效时长高于传统炭火熏醅，指出智能化熏醅装备将成为未来熏醅工业化的发展方向。郎繁繁等[12]对山西老陈醋机械化酿造工艺标准化的研究中确定熏醅温度120 ℃，添加量占熏醅罐比例70%，熏醅时间12 h。

传统熏醅方式采用明火烟熏、手工倒醅，作业环境较差，且劳动强度大，成熟醋醅整体升温慢，火候控制不当容易导致熏醅品质不稳定。因而近年来出现了新型的蒸汽熏醅工艺，通过熏醅罐的旋转翻醅代替人工翻醅，不仅明显缩短熏醅时间、减少劳动力，而且有效地避免了使用明火的危险及污染问题[13-14]。然而关于二者数据对比鲜有报道，因此本研究对不同熏醅工艺过程中的风味物质进行了分析，旨在比较两种熏醅工艺对风味物质的影响，从而为山西老陈醋熏醅工艺的改善提供科学的数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山西老陈醋熏醅样品（传统炭火熏醅第1天（X1）、传统炭火熏醅第2天（X2）、传统炭火熏醅第3天（X3）、传统炭火熏醅第4天（X4）、传统炭火熏醅第5天（X5）和现代蒸汽熏醅（XJ））：紫林醋业股份有限公司。

1.2 仪器与设备

TD-分析天平：北京赛多利斯天平有限公司；Eppendorf 5425R离心机：艾本德中国有限公司；U3000液相色谱仪、Trace1300气相色谱仪、TraceISQ质谱分析仪：赛默飞世尔科技（中国）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 有机酸的测定

用超纯水将熏醅样品浸泡3 h后抽滤，12 000 r/min离心10 min后用0.22 μm的微孔滤膜过滤后进样。采用外标法测定草酸、酒石酸、丙酮酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸及琥珀酸8种有机酸的含量。

色谱测定条件为液相系统UItimate 3000；C18色谱柱（4.6mm×150mm，5μm）；流动相20mmol/LNaH2PO4（pH2.7）；进样量20 μL；流动速度0.8 mL/min；紫外检测器（ultraviolet detector，UV）波长210 nm[15]；柱温：室温。

1.3.2 挥发性香气物质的测定

取熏醅样品1 g，采用顶空固相微萃取法进行挥发性香气物质的萃取，采用面积归一化法测定其挥发性香气的种类和含量。

色谱条件：色谱柱为VF-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm），载气氦气（He），纯度99.999%，流量1 mL/min，不分流；程序升温：起始温度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min的速度升至160 ℃，保持1 min；再以10 ℃/min的速度升至270 ℃，保持5 min。质谱条件：接口温度280 ℃，电子电离（electron ionization，EI）源，离子源温度280 ℃，电子能量70 eV，扫描质量范围41～500 amu。鉴定结果由保留指数、美国国家标准与技术研究所（national insititute of standards and technology，NIST）08谱库检索和人工图谱解析共同确定。

2 结果与分析

2.1 山西老陈醋不同熏醅工艺有机酸含量动态变化

由图1可知，传统炭火熏醅前期样品：第1天（X1）、第2天（X2）聚为1支，中后期样品：第3天（X3）、第4天（X4）和第5天（X5）被聚类为第2支，而现代蒸汽熏醅的有机酸热点图谱与传统熏醅样品显著不同，单独成为1支。结合表1的具体数据显示，熏醅第1天（X1）样品中乙酸和酒石酸的含量较高，随着熏醅过程的进行，二者含量逐渐降低，分别由熏醅第1天的1.008 1 g/100 g和0.164 3 g/100 g降至熏醅末期的0.685 7 g/100 g和0.017 8 g/100 g。丙酮酸、乳酸、柠檬酸在熏醅过程中的上升幅度较大，分别由熏醅第1天（X1）的0.087 7 g/100 g，0.331 0 g/100 g和0.085 2 g/100 g升至熏醅第5天（X5）的0.238 3 g/100 g，0.410 1 g/100 g和0.140 2 g/100 g，升高比例分别为171.72%，23.90%和64.55%。其他有机酸如草酸、苹果酸和琥珀酸的变化趋势不明显。

图1 山西老陈醋不同熏醅工艺有机酸热图Fig.1 Heat map of organic acids during the fumigation process of Shanxi aged vinegar

现代封闭式的蒸汽熏醅罐与传统开放式的炭火熏醅工艺相比，有效防止了风味物质损失、污染环境等问题[16]。由表1可见，现代蒸汽熏醅罐样品中的有机酸总量（2.8257g/100g）显著高于传统炭火熏醅工艺（1.7600g/100g），但丙酮酸（0.055 2 g/100 g）和柠檬酸（0.068 6 g/100 g）的含量却显著低于传统炭火熏醅样品。乙酸爽口带酸微甜，带刺激，可以为食醋提供醋酸气味；乳酸入口微酸、甜，带涩、增加食醋浓厚感；酒石酸和草酸都稍有涩感，酒石酸酸味强烈且呈味快，可以增加食醋酸味；丙酮酸和琥珀酸有酸、咸味，丰富食醋的风味；柠檬酸酸味清爽，可赋予食醋新鲜感的酸味[17]；苹果酸酸度柔和、滞留时间长可以缓冲食醋刺激的酸味，从而导致蒸汽熏醅罐感官风味稍逊于传统炭火熏醅。

表1 山西老陈醋不同熏醅工艺有机酸含量动态变化Table 1 Dynamic changes of organic acids content in different fumigation processes of Shanxi aged vinegar

2.2 山西老陈醋不同熏醅工艺挥发性香气成分的变化

熏醅过程中发生着复杂的物理、化学变化过程，涉及蒸发、浓缩、酯化、缩合等复杂的大分子合成和降解反应，不仅是形成山西老醋特有的味-“熏香”和色-“棕红”的重要步骤，更是形成重要要功能成分如川芎嗪、类黑精、多酚、黄酮等的关键工艺[18]。

现代蒸汽熏醅罐样品中共检测出53种香气成分，其中包含29种酯类，7种醇类，4种酸类，6种醛类，3种酮类和4种其他化合物成分。远远低于传统炭火熏醅池样品中检测出的74种挥发性香气成分。

选取两种工艺中共有的49种香气成分绘制heatmap图（图2），结果显示所有熏醅样品被明显聚为两大支，熏醅前期第1天（X1）、第2天（X2）被聚为1支，此阶段呈花香的乙酸乙酯[19]、奶油香的十六烷酸乙酯和乙偶姻、呈椰香的十四烷酸乙酯、蕉香味的乙酸异戊酯[20]等酯类，玫瑰香的苯乙醇[21]、白兰地香的3-甲基丁醇等醇类含量较高。随着熏醅过程的进行，香气物质结构发生转变，X3、X4和X5被聚类为第2支，呈蜂蜜香的乙酸苯乙酯、具有醋香的壬醛、呈杏仁香的苯乙醛、2-丙酸呋喃酮、呈烘焙香的四甲基吡嗪等物质在此阶段大量生成，在熏醅末期浓度达到最高。值得注意的是，现代蒸汽熏醅罐样品（XJ）与传统炭火熏醅X3样品的挥发性香气图谱最为相似，说明现代蒸汽熏醅工艺相当于传统炭火熏醅熏3 d的效果。

图2 山西老陈醋不同熏醅工艺挥发性香气成分热图Fig.2 Heat map of volatile aroma components of Shanxi aged vinegar by different fumigation processes

由表2可知，随着熏醅的进行，酯、酸、醇、酮等各类挥发性香气物质的种类和总量都呈现下降趋势，传统炭火熏醅样品中的酯类物质是由酯酶催化酸类和醇类化合物而生成[22]，其总相对含量从熏醅第1天的47.82%降至第5天的25.18%，比现代蒸汽熏醅罐样品低4.35%，主要的酯类物质，如乙酸乙酯、乙酸异戊酯、2-羟基-4-甲酸异戊酯、辛酸乙酯、丁二酸二乙酯和乳酸异戊酯分别从熏醅第1天的5.71%、7.81%、6.94%、3.67%、1.96%、1.10%降至熏醅末期的1.16%、0.27%、1.66%、2.46%、0.61%、0.25%。并且酯类挥发性香气物质种类数量整体也呈下降趋势，到熏醅末期下降至30种，这是由于在倒缸翻醅过程中导致酯类挥发性香气成分的损失所致，但其仍比现代蒸汽熏醅罐样品多1种。

表2 山西老陈醋不同熏醅工艺挥发性香气成分动态变化Table 2 Dynamic changes in volatile aroma components of different fumigation processes of Shanxi aged vinegar

续表

相似地，酮类挥发性香气物质总相对含量在总体上也呈现下降趋势，传统炭火熏醅第1天样品中酮类挥发性香气成分相对含量最高，达9.85%，熏醅结束时为2.79%比现代蒸汽熏醅罐样品低1.14%。其中3-羟基-2-丁酮从熏醅第1天的8.84%降至第5天的0.75%。酯类挥发性香气物质种类熏醅末期为4种，比现代蒸汽熏醅罐样品多1种。

醇类挥发性香气物质总相对含量总体上呈现先下降后上升的趋势，传统炭火熏醅第1天样品中醇类挥发性香气成分的相对含量最高达18.85%，在0～4天迅速降至9.76%，到熏醅末期醇类挥传发性香气成分的相对含量为12.43%，比现代蒸汽熏醅罐样品高2.59%。其中苯乙醇、3-甲基丁醇分别从熏醅第1天的的16.60%、1.28%降至熏醅末期的10.51%和0.07%，2,3-丁二醇从0.55%上升至熏醅末期的0.73%等。醇类挥发性香气物质种类熏醅末期为8种比现代蒸汽熏醅罐样品多1种。

由微生物代谢糖类而产生酸类挥发性物质在传统炭火熏醅第1天样品中挥发性香气成分相对含量最高为9.80%，在熏醅1～3 d呈先下降后上升的趋势，在熏醅第3天之后迅速下降至熏醅末期酸类挥发性香气成分相对含量为5.19%，比现代蒸汽熏醅罐样品低2.79%。另外，酸类挥发性香气物质种类熏醅末期为6种比现代蒸汽熏醅罐样品多2种。

醛类挥发性香气物质总相对含量则在总体上呈现上升的趋势。熏醅第1天样品中醛类挥发性香气成分相对含量最低，为1.53%，在第0～4天迅速上升至8.56%，到熏醅末期醛类挥发性香气成分相对含量为8.36%，比现代蒸汽熏醅罐样品高3.2%。

同样地，杂环类挥发性香气成分总相对含量整体上呈现上升趋势，有咖啡香的四甲基吡嗪[23]和有坚果味和杏仁味的糠醛[24]在熏醅中相对含量上升显著，到熏醅末期分别达10.83%和20.73%，比现代蒸汽熏醅罐样品分别高3.93%和3.24%，这可能是传统炭火熏醅的持续高温促进极其复杂的羰氨反应发生而导致四甲基吡嗪和糠醛等物质的相对含量上升[25]。

3 结论

熏醅工艺对山西老陈醋的色泽和风味形成至关重要，是通过美拉德、焦糖化等一系列化学反应的影响而形成风味物质的过程。本研究主要是对山西老陈醋不同熏醅工艺对风味物质的影响进行研究，对改善山西老陈醋熏醅工艺有重要意义。通过结果表明现代蒸汽熏醅罐共检测出53种香气物质，低于传统炭火熏醅池所检测的香气物质。随着熏醅时间的延长，现代蒸汽熏醅罐的酯类、酸类和酮类挥发性香气成分的总相对含量高于传统炭火熏醅池熏醅末期的相对含量，但醇类和醛类和其他类物质等物质低于传统炭火熏醅池熏醅末期的相对含量。现代蒸汽熏醅罐相比于传统炭火熏醅池能有效缩短熏醅时间，但有机酸比例并不均衡，且四甲基吡嗪和糠醛等杂环类含量低于传统炭火熏醅池工艺，影响老陈醋口感和其营养价值。今后需要对现代蒸汽熏醅罐工艺进行进一步优化改进。