山西老陈醋陈酿过程中功能成分的变化研究

邢晓莹，刘毅，乔羽，王如福，武晓英*

(1.太原师范学院 生物系，山西 晋中 030619；2.山西农业大学 园艺学院(山西省农科院园艺研究所)，太原 030031；3.山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030801)

山西老陈醋是中国四大名醋之一，以其独特的风味和悠久的酿造历史闻名于世，其酿造技艺于2006年荣获首批“国家级非物质文化遗产称号”[1]。山西老陈醋的酿造采用“先液后固”的发酵方式，酒精发酵是液态发酵，醋酸发酵是传统的、开放式的固态发酵[2]。发酵结束后历经熏醅、淋醋、陈酿、调配等环节，最终形成的产品通常呈深褐色，香味浓郁、口感醇厚、酸味绵柔，富含多种有机酸、可溶性无盐固形物及人体所必需的8种氨基酸[3-4]。

陈酿是山西老陈醋酿制过程中不可或缺的一道工序，经过陈酿后的山西老陈醋，无论比重、浓度、黏稠度、可溶性固形物还是不挥发酸、总糖、还原糖、总酯、氨基酸态氮等指标均位居全国食醋前列[5]。目前，加速陈酿的热点主要集中于固定化酶、超声波、超高压等催陈技术的研究[6-9]。本文主要对不同陈酿时间山西老陈醋醋液中的主要功能成分进行了测定和分析，初步探讨特征指标川芎嗪、总黄酮及其他常规理化指标在不同陈酿时间的变化规律，旨在获得最佳的陈酿时间，为山西老陈醋生产工艺的优化提供参考，提升生产企业的综合经济效益。

1 材料与方法

1.1 样品采集

样品采集于山西紫林醋业股份有限公司。山西老陈醋陈酿期间样品的采集时间及其编号见表1。

表1 山西老陈醋陈酿期间样品的采集时间及其编号Table 1 The collection time and number of Shanxi aged vinegar samples during aging

1.2 试验中所需的主要试剂、仪器

盐酸川芎嗪标准品、甲醇(色谱纯)、磷酸二氢铵、双蒸水、氢氧化钠、三氯甲烷、盐酸、无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、芦丁、硫酸铜、酒石酸钾钠、葡萄糖、浓硫酸等。本试验方法中所用试剂除特殊注明外，均为分析纯。

FA224型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；STARER 3100型酸度计 上海奥豪斯仪器有限公司；LC-210型高效液相色谱仪 上海精密科学仪器有限公司；5424型高速冷冻离心机 德国Eppendorf公司；分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司；分液漏斗。

1.3 试验方法

川芎嗪：按GB/T 19777-2013[10]附录B方法测定；总黄酮：按GB/T 19777-2013附录C方法测定；总酸：按GB/T 5009.41-1996方法测定；总酯：按GB/T 19777-2013附录E方法测定；还原糖：按GB/T 19777-2013附录D方法测定；氨基酸态氮：按GB 18186-2000[11]方法测定；不挥发酸：按GB 18187-2000[12]方法测定；食盐：按GB 18187-2000方法测定；可溶性无盐固形物：按GB 18187-2000方法测定；pH：按GB/T 13662-2018[13]方法测定：将酸度计直接插入10倍稀释滤液中检测样品的pH值，做3次平行试验，取平均值，即得该样品的pH值。

2 结果与分析

2.1 GB/T 19777-2013解析

表2 GB/T 19777-2013和GB 19777-2005规定的各项理化指标对比Table 2 Comparison of various physical and chemical indexes specified in GB/T 19777-2013 and GB 19777-2005

2013年，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布了国标GB/T 19777-2013《地理标志产品 山西老陈醋》，代替了国标GB 19777-2005《原产地域产品 山西老陈醋》[14]，标准的属性由强制性国家标准改为推荐性国家标准。GB/T 19777-2013增加了特征指标川芎嗪(四甲基吡嗪)、总黄酮，理化指标氨基酸态氮、pH和食盐的要求及检测方法。同时，不挥发酸、还原糖及总酯的含量也由原来的1.5，1.4，2.4 g/dL分别提高至2.0，2.0，2.5 g/dL。新标准的出台对山西老陈醋的生产、陈酿、调配等提出了更高的要求，生产者需要做到规范、严格、准确地监测各个生产环节，从而为不同批次食醋品质的稳定性提供保障。

2.2 山西老陈醋陈酿期间特征指标及主要理化指标的动态变化

2.2.1 不同陈酿时间对醋样中川芎嗪含量的影响

川芎嗪，化学名四均甲基吡嗪(tetramethylpyrazine，ligustrazine，TMP)，是传统发酵食醋中一种重要的活性物质，对增加冠脉流量，改善微循环和血瘀障碍，扩张外周血管，降低动脉压及冠脉阻力有明显效果[15-17]。已有研究表明，食醋酿造过程中川芎嗪先于醋酸发酵后期少量产生，在熏醅、陈酿阶段开始明显积累[18-20]，表明川芎嗪主要通过后期各物质间的物理化学反应生成，而非微生物的直接代谢产物。通过高效液相色谱法测定不同陈酿时间醋样中的川芎嗪含量，结果见图1。

图1 不同陈酿时间醋样中川芎嗪含量的动态变化Fig.1 Dynamic changes of TMP content in Shanxi aged vinegar during different aging periods

由图1可知，随着陈酿时间的延长，醋样中的川芎嗪含量逐渐增加。陈酿初期，川芎嗪含量呈缓慢上升趋势，陈酿60 d后其含量大幅提高，至陈酿周期结束后，川芎嗪含量由新醋的10.49 mg/L增加至78.8 mg/L，增幅近7倍。山西老陈醋在陈酿阶段，样品体系中的川芎嗪生成主要有两种方式：(1)醋样中游离的氨基酸和还原糖通过美拉德反应合成川芎嗪[21]；(2)Strecker反应不断降解产生的氨基酮，经缩合反应生成大量的川芎嗪[22]。在二者的综合作用下导致川芎嗪含量急剧增加，陈酿结束后醋样的川芎嗪含量为78.80 mg/L，远高于国标要求的30.00 mg/L。

a.还原糖含量的动态变化

b.氨基酸态氮含量的动态变化

由图2可知，陈酿45 d和70 d的醋样中还原糖、氨基酸含量与川芎嗪含量成反比例增长。新醋含量中的还原糖为2.38 g/dL，而陈放365 d后醋样的还原糖为3.09 g/dL。食醋中的糖类来自原料，淀粉质原料进行糖化变成可发酵性糖。大部分糖被微生物发酵成醇、酸和多种酶类等代谢产物，但总有一部分糖残留下来进入成品醋中。食醋中含有的糖分同氨基酸态氮一样，使食醋尝起来略带甜味，酸而不烈。

醋样中的氨基酸态氮含量由新醋中的0.21 g/dL增加至0.52 g/dL，可能是由于陈酿过程中原料中的蛋白质经微生物的缓慢发酵作用分解成氨基酸态氮，使得氨基酸态氮的含量有所上升。山西老陈醋中富含多种氨基酸态氮，各种氨基酸呈味不同，使产品滋味调和，增加色泽和香气，改善产品物性。氨基酸态氮是两性物质，对食醋中醋酸的刺激性具有一定的缓冲作用[23]，发酵微生物菌体自溶后产生的风味物质的增效作用，使得产品总酸含量虽高，却无尖锐的刺激感，酸味柔和。氨基酸态氮的增加，不仅可以增加食醋的鲜味，还可以增强醋液的缓冲能力，利于体系pH值的稳定。陈酿过程中醋样中的还原糖与游离的氨基酸态氮虽然参与美拉德反应，生成了川芎嗪，但同时醋液中残存的淀粉、沉淀物等大分子物质继续缓慢降解为还原糖，再加上水分的大量散失导致醋液浓缩，故陈酿结束时醋样中的还原糖和氨基酸态氮含量总体呈现波动中缓慢上升的趋势。

2.2.2 不同陈酿时间对醋样中总黄酮含量的影响

总黄酮是指黄酮类化合物, 具有很强的抗氧化性和消除自由基的作用, 具有强化血管壁、促进肠胃消化、降低血脂、增强身体抵抗力、抑制细菌等功效，并可防治动脉硬化、血栓的形成[24-25]。总黄酮作为一项山西老陈醋的特征指标，在一定程度上反映产品品质的高低，可作为山西老陈醋的质量监控指标。不同陈酿时间醋样中的总黄酮含量变化见图3。

图3 不同陈酿时间醋样中总黄酮含量的动态变化Fig.3 Dynamic changes of total flavonoids content in Shanxi aged vinegar during different aging periods

由图3可知，随着陈酿时间的延长，醋样中总黄酮的含量逐渐增加。新醋经过长达1年的陈酿，醋液在此期间发生了一系列的物态变化，黄酮类化合物得以浓缩、富集和转化，样品中总黄酮的含量从新醋的25.40 mg/100 g增长至84.82 mg/100 g，提高了2.3倍。在陈酿初期，黄酮类物质增加缓慢，可能是由于游离态的黄酮醇类物质易与醋中的糖苷结合，形成配糖体；随着陈酿时间的延长，黄酮醇配糖体不断地发生水解[26]，从而使黄酮类物质含量明显增加。

2.2.3 不同陈酿时间对醋样中总酸及不挥发酸含量的影响

a.总酸含量的动态变化

b.不挥发酸含量的动态变化

由图4可知，总酸含量随着陈酿时间的增加而增加，由新醋中的5.28 g/dL增加至8.55 g/dL。陈酿过程中总酸含量上升，可能是氨基酸降解后经氧化或还原生成的产物，也可能是饱和脂肪酸氧化降解形成的[27]。紫林醋业采用的是太阳能玻璃房、陈酿池陈酿的方法。总酸在陈酿初期增幅较小，主要有两个原因：一是温度，指标测定的时间为冬季1月份前后，新醋(105 d)入池陈酿时间为前一年的10月15日，自陈酿以来受低温的影响，微生物活动和理化反应的进程均较为缓慢；二是水分蒸发的速度较慢，山西老陈醋的陈酿周期为12个月以上，期间要经历“夏伏晒、冬捞冰”，新醋经日晒蒸发和冬捞冰后，其浓缩倍数达1倍以上。因太阳能玻璃房的缘故，冬季很少结冰，因此水分蒸发多在炎炎夏日进行。有研究表明[28-29]，低温下各种反应发生较缓慢，但风味物质的生成种类较丰富，口感醇厚柔和，醋香余味绵长，经历冬季低温陈酿阶段，有利于成品醋品质的提升。

陈酿结束时，不挥发酸的含量由1.31 g/dL增加至4.32 g/dL，占总酸的50.53%。陈酿过程中，一方面，脂肪酸转化，醇醛缩合，生成各种有机酸物质；另一方面，部分挥发性酸(主要是乙酸)随水分的蒸发而挥发，也会增加醋液中不挥发酸的含量和比例。食醋中的乳酸、苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、酒石酸等不挥发酸能调和酸味，山西老陈醋中虽然醋酸含量很高，但无刺激感，酸味柔和，其中不挥发酸的作用非常重要。

2.2.4 不同陈酿时间对醋样中其他指标的影响

山西老陈醋其他指标的检测结果见图5。

a.pH的动态变化

b.总酯含量的动态变化

c.可溶性无盐固形物含量的动态变化

醋样的总酸含量在陈酿过程中增加了61.93%，但醋液的pH变动幅度很小，基本维持在3.50～3.63之间，究其原因可能是山西老陈醋中不挥发酸与可溶性无盐固形物的含量大幅增加，对乙酸具有明显的缓冲作用，因而造成总酸含量增加，pH较稳定。陈酿过程中总酯含量略有增加，由新醋的3.27 g/dL增加至3.97 g/dL，可能是由于醋液中的有机酸与醇类物质结合生成了酯类物质，增加了成品食醋的风味。食醋中的可溶性无盐固形物是指除水、食盐、不溶性物质(如淀粉、纤维素、灰分等)以外其他物质的含量，主要是有机酸类、糖类、氨基酸等物质，是影响食醋风味的重要指标。由图5可知，可溶性无盐固形物的含量在陈酿初期(90 d内)增幅较缓慢；陈酿90 d后，呈快速增长趋势，至陈酿期结束后，其含量由新醋的9.16 g/dL增加至24.98 g/dL，高于镇江香醋的可溶性固形物含量(8.12～14.54 g/dL)[30]。经过365 d的陈酿，山西老陈醋的风味和口感也有了明显的改善，刺激感变淡，呈现出柔和、圆润、绵长和协调的舒适感。

本试验的数据结果表明，新醋在陈酿105 d后，除总酸和川芎嗪外，其他各项指标均已达到国标要求；而醋样中的总酸和川芎嗪含量在陈酿210 d后也已达到国标要求。综上，建议考虑因现代化设施的使用、陈酿条件的改善，适当地缩短陈酿周期。

3 结论

山西老陈醋经过长达12个月的陈酿，使得醋液不断蒸发，水分不断减少，同时也发生了一系列的生化反应和物理变化。通过对不同陈酿时间山西老陈醋的功能成分进行测定和分析，结果表明，随着陈酿时间的延长，山西老陈醋样品中的川芎嗪、总黄酮两项特征指标及总酸、总酯、氨基酸态氮、还原糖、不挥发酸、可溶性无盐固形物常规理化指标的含量均有所增加，陈酿后的食醋口感柔和、色香突出、品质较佳。陈酿是山西陈醋到山西老陈醋所必须经历的环节，新醋在陈酿105 d后，除总酸和川芎嗪外，其他各项指标均已达到国标要求；而醋样中的总酸和川芎嗪含量在陈酿210 d后也已达到国标要求。建议适当缩短山西老陈醋12个月的陈酿周期，提高生产企业的综合经济效益。