醋醅中不同的含水量对山西老陈醋熏醅挥发性组分的影响

韩凯，王晓云，李江，王如福

(1.太原学院 材料与化学工程系，太原 030032；2.山西老陈醋集团有限公司，太原 030013；3.山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030800)

食醋是典型的发酵调味品，对于国内外大多数的醋而言，发酵过程和原料基本决定了其风味物质的组成[1-3]。然而发酵在山西老陈醋的风味形成过程中只占到其中一个部分，在发酵之后进行的熏醅和陈酿工序对其独特风味的形成具有突出贡献。完成发酵的醋醅经过熏醅后其风味和醋体都会发生重大改变[4]，再加之后期的陈酿，使山西老陈醋的风味更加柔和，酸香可口，最终造就了山西老陈醋独特的香味结构，熏醅过程中风味的形成过程也因此受到广泛关注。

山西老陈醋的传统熏醅工艺是将完成发酵的醋醅装入陶缸中再用炭火加热陶缸，每24 h倒一次缸，连续5 d后完成熏醅工艺，经过熏醅的醋醅由米黄色变为黑褐色。加热过程极大地加快了醋醅中各种降解反应、酯化反应以及美拉德反应等的进度，生成了大量的风味物质。长期以来，经过对山西老陈醋的熏醅过程不断地研究，阐明了许多熏醅工艺中发生的反应过程[5-6]以及风味的种类和含量等。但是对于熏醅工艺中挥发性香气成分的生成特点仍然有一部分没有得到清晰的阐释，特别是在加热过程中因为热传导不均或其他原因造成缸体内醋醅含水量发生变化后，其对于香味组成的影响还未见研究，而不同水分条件下加热或是不同烹饪方法引起的水分变化能够使食品香味产生重大变化[7-9]。通过测定山西老陈醋传统熏醅缸中不同区域的醋醅含水量，发现醋醅因在熏醅缸中所处位置不同，其含水量在60%～40%间波动，因此本研究通过将醋醅含水量调整为60%、50%、40%进行熏醅，模拟山西老陈醋传统熏醅过程中因传热等问题造成的局部醋醅含水量变化，采用顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction，HS-SPME)结合气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)联用技术对醋醅中挥发性组分进行分析，揭示了熏醅过程中醋醅不同含水量对这些化合物变化的影响，为进一步提升山西老陈醋熏醅工艺的精准控制及产品质量提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验所用白醅取自东湖山西老陈醋传统工艺生产车间，在低温条件下将醋醅的含水量调整为60%、50%、40%，在实验室进行炭火熏醅(96 ℃)5 d后取样测定。NaCl(分析纯)：天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 仪器与设备

手动SPME进样器；SPME 萃取头(50/30 μm DVB-CAR-PDMS) 美国Supelco公司；7890A/5975C型气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)、HP-5 MS毛细管气相色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 顶空固相微萃取法

SPME萃取头每次萃取前，先在GC进样口老化至无杂峰，老化条件：230 ℃保持30 min。萃取方法：在15 mL萃取瓶中加入1 g样品、1 g NaCl、2 mL蒸馏水，将瓶盖拧紧。先将萃取瓶放置在45 ℃水浴中搅拌保温平衡30 min，将萃取针头插入萃取瓶，推出萃取针中的纤维头，使其与样品保持约1.5 cm的距离，萃取40 min。萃取完成后，直接进样，进样口温度设置为250 ℃，无分裂模式下解吸5 min。

1.3.2 GC-MS参数条件

样品分离测定在HP-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)上进行。色谱条件：进样口温度250 ℃，起始温度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。分离载气为He，流速为1 mL/min。质谱条件：离子源温度230 ℃，电离方式采用电子离子化模式，电子能量70 eV，扫描范围33～450 m/z。

1.3.3 挥发性化合物的鉴别

鉴别分析，通过对比美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology，NIST)的参考质谱，要求匹配度不低于91%，采用面积归一法确定相对含量。

2 结果与分析

表1 不同含水量醋醅在熏醅前后挥发性组分变化规律Table 1 Changes of volatile components in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

续 表

续 表

2.1 含水量对熏醅中挥发性成分的影响分析

山西老陈醋醋醅在熏醅时是湿润多孔隙的固态形式，含水量保持在60%左右，在这种形态下热量无法快速均匀地传递，造成靠近缸壁部分的醋醅温度始终较高，同时这部分醋醅的含水量大幅降低，甚至出现完全烤干或焦糊的现象。熏醅前白醅中的挥发性物质可归为6类(见表1)，主要包括4种醇类、4种酸类、7种醛类、23种酯类、1种酮类和3种烯烃类，其中主要的挥发性物质为乙酸和乙酸乙酯，分别占总挥发性物质的55.34%和19.28%。由表1可知，熏醅后3种水分条件下的醋醅中挥发性化合物的种类均发生了较大的变化，与白醅相比，增加了酚类、杂环类、胺类和醚类等新的化合物种类，原有的各种挥发性化合物种类和相对含量也发生了很大的变化。含水量60%的醋醅挥发性化合物种类变为9类，包括4种醇类、4种酸类、10种醛类、11种酯类、2种酮类、3种酚类、6种杂环类、1种烷烃类和1种烯烃类，主要挥发性物质变为乙酸和糠醛，分别占总挥发性物质的57.42%和30.46%。含水量50%的醋醅挥发性化合物种类变为7类，包括3种醇类、10种酸类、9种醛类、10种酯类、4种杂环类、1种烷烃和2种胺类，主要挥发性物质变为乙酸、糠醛、棕榈酸乙酯和亚油酸乙酯，分别占总挥发性物质的13.73%、19.74%、14.39%和11.21%。含水量40%的醋醅挥发性化合物种类变为10类，包括5种醇类、8种酸类、8种醛类、8种酯类、2种酮类、1种酚类、3种杂环类、1种烷烃、1种胺类和1种醚类，主要挥发性物质变为乙酸、糠醛、十四酸乙酯和亚油酸乙酯，分别占总挥发性物质的27.68%、25.93%、6.45%和5.14%。

2.2 主要挥发性化合物在熏醅中的变化

2.2.1 醇类挥发性组分在不同水分条件熏醅中对比分析

由图1可知，熏醅后醇类含量在不同含水量的醋醅中均呈现出不同程度的降低；随着醋醅中含水量的变化，醇类的组成也发生了较大的变化，含水量越低新生成的醇类越多。在含水量60%的醋醅中，仍然有3种白醅中的醇类得以保留，新产生的醇仅有(2R,3R)-(-)-2,3-丁二醇1种；而在含水量50%和40%的醋醅中仅能检测出苯乙醇1种白醅中原有的醇类。含水量50%的醋醅中新产生的(2R,3R)-(-)-2,3-丁二醇是其含量最高的醇类；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种醇类总含量约为苯乙醇的2倍。熏醅过程中醇类在缺氧环境会转变为醛类等[10]，而新产生的醇类和醋醅中酯类的降解有关[11-12]或是与美拉德反应中间产物有关[13]，由此可知，含水量的降低会促进醇类的转化进而通过美拉德反应生成新的物质。

图1 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性醇类的对比Fig.1 Comparison of volatile alcohols in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.2 酸类挥发性组分在不同水分条件熏醅中对比分析

由图2可知，熏醅后含水量60%的醋醅与白醅相比酸类含量变化不大，乙酸仍然是绝对的主要组分。在含水量50%的醋醅中乙酸的相对含量降幅最大，仅剩13.73%，同时新生成的酸种类在各种样品中最多达到9种，新生成的酸中棕榈酸和苯甲酸含量较高，分别达到3.15%和1.14%。含水量40%的醋醅中乙酸的相对含量由白醅的55.34%降为27.68%，降幅小于含水量50%的醋醅，同时，新生成6种酸，其中棕榈酸含量最高，达到3.34%。在熏醅过程中醋醅的总酸含量几乎不变[14]，乙酸在总挥发性化合物中相对浓度的变化可能是受到其他化合物含量的变化引起醋体流变性质的变化从而影响乙酸释放的速度[15]。

图2 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性酸类的对比Fig.2 Comparison of volatile acids in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.3 醛、酮、酚类挥发性组分在不同水分条件熏醅中对比分析

由图3可知，熏醅前白醅中虽然有7种醛类，但是其含量都很低，在总的挥发性组分中占比不足1%。熏醅前白醅中的糠醛含量占比几乎可以忽略，熏醅后其含量相对于白醅平均增加数百倍，在含水量60%和40%的醋醅中其相对含量由熏醅前的0.07%分别增至30.46%和25.93%，成为仅次于乙酸的第二大挥发性组分；在含水量50%的醋醅中其相对含量达到19.74%，虽然低于其他两种水分中的相对含量，但已经超过乙酸的相对含量(13.73%)成为第一大挥发性组分。在新增的醛类中有3种醛类含量较高，分别是5-甲基呋喃醛、5-羟甲基糠醛和香兰素，其中5-甲基呋喃醛在3种不同含水量的醋醅中均可以检测到，且按照含水量的降低而升高；其他两种醛只在含水量50%和40%的醋醅中检测到，5-羟甲基糠醛的相对含量在含水量40%的醋醅中较高，而香兰素正好相反。醛类的性质比较活泼，在高温条件下可以成为多种反应的中间产物[16]，高温会加快反应的速率，醛类在美拉德反应中并非最终产物，还会进一步向分子量较高的类黑精等终产物继续反应。这些醛类的变化间接反映出醋醅含水量的变化对山西老陈醋香味形成有较大的影响。

图3 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性醛类的对比Fig.3 Comparison of volatile aldehydes in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

酮类在山西老陈醋的挥发性组分中占比不大，但酮类化合物与吡嗪类化合物的生成有密切关系[17]，乙偶姻含量不断降低或消失可能与川芎嗪的生成有关[18]。由图4可知，在白醅中仅检测到乙偶姻1种酮类，占总挥发性物质的2.93%。熏醅后，含水量50%的醋醅中未检测出酮类挥发性物质，含水量60%的醋醅中检测出乙偶姻和苯基丙酮2种酮类，含水量40%的醋醅中检测出4-(2-呋喃基)-3-丁烯-2-酮和5,6-二氢-2H-吡喃-2-酮2种酮类，且这些化合物在各自的总挥发性组分中占比均未超过1%。

图4 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性酮类的对比Fig.4 Comparison of volatile ketones in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

由图5可知，酚类是熏醅后新形成的挥发性组分，与酮类变化规律相似，在含水量50%的醋醅中未被检测出，且在各自的总挥发性组分中占比较小。在含水量60%的醋醅中检测出4-甲氧基苯酚、4-乙基愈创木酚和愈创木酚3种酚类；在含水量40%的醋醅中检测出丁香酚1种酚类。这些酚类化合物含量虽然不高，但它们的气味阈值很低，只需要很低的浓度就可以为醋醅提供显著的独特的木质烟熏香味[19]。

图5 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性酚的对比Fig.5 Comparison of volatile phenols in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.4 酯类挥发性组分在不同水分条件熏醅中对比分析

在熏醅前，在白醅挥发性组分中酯类种类最多有23种(见图6)，相对含量总占比超过了30%，其中乙酸乙酯含量最高，占比达19.28%。熏醅后，在含水量60%的醋醅中酯类含量和种类大量减少，由熏醅前的23种减少为11种，其中包含熏醅过程中生成的1种酯类1,3-丙二醇二乙酸酯。这11种酯类的总相对含量也只剩不到3%，相对于熏醅前降低了10倍。随着醋醅含水量的进一步降低，在含水量50%的醋醅中酯类变为15种，白醅中原有的酯类仅剩2种，其他酯类全部消失，这2种酯类相对含量与白醅相比大幅升高，其中油酸乙酯的含量由0.14%升高至5.95%，棕榈酸乙酯的含量由1.07%升高至14.39%；新生成的酯类中，亚油酸乙酯的相对含量最高，达到11.21%，其他酯类的相对含量均小于1%。在含水量40%的醋醅中酯类变为11种，白醅中原有的酯类仅剩油酸乙酯，其相对含量由0.14%增加至2.99%，新生成的酯类中丙二醇甲醚醋酸酯、十四酸乙酯和亚油酸乙酯的相对含量较高，分别达到1.22%、6.45%、5.14%。白醅中的酯类由微生物代谢产生，熏醅过程是一种长时间的高温环境，这种条件不利于这些酯类的稳定，被大量分解[20]。相对而言，醋醅含水量降低反而积累了更多的分子量较大的酯类，因此含水量的变化对于醋醅中的酯类变化和积累有较大影响。

图6 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性酯类的对比Fig.6 Comparison of volatile esters in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

2.2.5 杂环类挥发性组分在不同水分条件熏醅中对比分析

由图7可知，杂环类是熏醅后新出现的挥发性组分，是山西老陈醋熏醅过程中形成的重要挥发性组分，其相对含量在含水量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。其中的吡嗪类是山西老陈醋重要的特征香味，主要呈现出咖啡香、坚果香和烘烤香气。吡嗪类在含水量60%的醋醅中种类最多，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种，而山西老陈醋标准中规定的特征理化指标川芎嗪只在含水量50%和40%的醋醅中检测到，且在含水量40%的醋醅中含量较高，表明熏醅过程中含水量的变化会影响川芎嗪的最终积累。在杂环类中还检测到了呋喃、吡咯、吡喃等化合物，其中只有2-乙酰基呋喃可以在3组不同含水量的醋醅中同时检测到，并且其相对含量随着醋醅含水量的降低而升高。

图7 不同含水量醋醅熏醅前后挥发性杂环类的对比Fig.7 Comparison of volatile heterocycles in vinegar fermented grains with different water content before and after fumigation

3 结论

醋醅经过熏醅后其挥发性组分均出现了较大改变，可知熏醅对山西老陈醋的香味构成有很大的影响。这些影响主要表现在白醅中原有的酯类大量减少，同时新生成了酮类、酚类、杂环类等白醅中没有的挥发性组分。醋醅含水量的变化对其挥发性化合物组分的影响同样很大，含水量60%的醋醅能够生成种类较多的醛类、酚类和杂环类，但是酯类的损失最大；含水量50%的醋醅中新生成较多的酸类，并且更有利于酯类的形成；含水量40%的醋醅对酯类的积累贡献仅次于含水量50%的醋醅，同时对于醛类的积累贡献最大。对于山西老陈醋的特征理化指标川芎嗪，表现为醋醅含水量降低更有利于川芎嗪的积累。另一个主要的挥发性组分糠醛表现为在含水量60%的醋醅中更容易积累，其次是在含水量40%的醋醅中。