不同原料发酵原醋中挥发性风味物质成分分析

曾 健，林良静，莫梅清，黄立标，许朝辉，高向阳*

（1.华南农业大学 食品学院 广东省功能食品活性物重点实验室 岭南现代农业科学与技术广东省实验室，广东 广州 510642；2.陕西时代酿造科技有限公司，陕西 杨凌 712100）

醋是以酒精、谷物或带糖分的水果等为原料发酵而成的酸味调味品[1]，不仅含有大量的有机酸类物质，而且含有人体必需氨基酸、维生素和多种矿物质及多种功能性成分[2]。如植物甾醇以及黄酮类物质，可以给人体带来很多益处，包括降低血脂作用[3]、刺激人体食欲、促进钙离子吸收[4]、抗疲劳[5]等。酿造醋由于酿造的地理环境、原料与工艺不同，呈现不同风味[6-8]。醋的品质好坏很大程度取决于香气成分，也是生产发酵过程的重要决定因素[9]。中国传统食醋的主要挥发性成分是酯类、醛类、酸类、醇类等，通过物质之间的相互作用可形成独特的食醋风味[10]，随着风味解析技术的迅速发展，食醋风味的研究分析越来越多。如今在谷物醋中鉴定出来化合物大约360种[11]，因此香气成分分析对于食醋的品质分析尤其重要。

固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）与气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用技术[11-12]，集萃取、浓缩、分析于一体，被广泛应用在挥发成分的检测[13-14]。目前已成为对挥发性成分及挥发性物质组成进行精确定性、定量分析的有效手段[15]。

本研究采用固相微萃取（SPME）结合气相色谱-质谱（GC-MS）技术，研究不同原料发酵的原醋的风味成分，并结合相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）探讨不同原醋中关键的特征香气成分[16-17]。为不同原料发酵的原醋风味的解析以及香气成分的调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大枣、梨、大米麸皮、葡萄、柿子、桑葚、山楂、香蕉八种原料分别发酵的原醋（4 ℃低温密封保存）：陕西时代酿造科技有限公司。

1.2 仪器与设备

GC-MS-QP2010 ULTRA气质联用仪：日本岛津株式会社；SPME手动进样器、SPME萃取装置（50/30 μm，DVB/CAR/PDMS）：美国Supelco公司；PC-420磁力恒温搅拌器：美国Corning公司。

1.3 方法

1.3.1 原醋的加工工艺流程及操作要点

1.3.2 原醋中挥发性风味物质分析（1）样品前处理

将原醋样品摇晃均匀，准确吸取5 mL样品置于40 mL顶空瓶中，在45 ℃下平衡35 min，将老化（230 ℃，120 min）后的萃取头插入样品瓶顶空部分萃取30 min，随后插入气相色谱进样口，在230 ℃的条件下解吸3 min，同时启动仪器采集数据，用于GC-MS的分离与鉴定。

（2）GC-MS分析

在李晶等[18]测定方法上稍作修改。GC条件：采用DBWAX柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。升温程序：初始温度40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升温至150 ℃，然后以15 ℃/min的速度上升至220 ℃，并保持8 min。流速1.0 mL/min，分流比10∶1。MS条件：电离方式为电子电离（electronic ionization，EI）源，电子能量70 eV，离子源温度为230 ℃；质量扫描范围35～400 m/z。

（3）定性定量方法[19]

根据美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）14质谱数据库通过匹配度和保留时间并结合保留指数确定，并选择与匹配度＞85%的成分为有效香气成分。采用峰面积归一化法进行定量分析，得到挥发性物质的相对含量。

1.3.3 相对气味活度值

基于化合物的相对含量，参考刘登勇等[20]评价方法，利用ROAV值评价各组分对原醋挥发性风味的相对贡献。选择对样品总体风味贡献最大的组分定义为ROAVstan=100，其他挥发性物质ROAV计算公式如下：

式中：C%A表示各挥发性组分的相对百分含量，%；TA表示各挥发性组分的阈值，mg/kg；C%stan表示对样品风味贡献最大组分的相对百分含量，%；Tstan表示对样品风味贡献最大组分的阈值，mg/kg。

2 结果与分析

2.1 八种原醋中挥发性成分GC-MS分析

2.1.1 八种原醋中挥发性成分的数量和含量分析

采用GC-MS对八种发酵原醋的挥发性风味成分进行测定，各类挥发性风味成分种类及相对含量见图1，各挥发性风味成分含量测定结果见表1。

图1 八种原醋中各类别挥发性物质的相对含量（A）和数量（B）Fig.1 Relative contents (A) and numbers (B) of each category volatile substances in eight kinds of original vinegars

由图1及表1可知，共检测出128种挥发性物质，共6大类，包括19种醛类、48种酯类、18种醇类、7种酸类、16种酮类和20种其他类物质。其中，酯类和醛类物质种类最丰富，其次是醇类物质、酮类物质和酸类物质。八种原醋的挥发性物质组成较相似，但丰度有较大差异。

表1 八种原醋中的挥发性成分含量GC-MS测定结果Table 1 Determination results of volatile components contents in eight kinds of original vinegars analyzed by GC-MS

续表

续表

由图1A可知，酸类物质含量高于其他种类，相对含量在29.49%～83.36%，特别是香蕉原醋中酸类物质相对含量占比达到了83.36%。其次是酯类物质（6.79%～36.07%）、醛类物质（0.13%～27.44%）、醇类物质（1.97%～25.85%）和酮类物质（0.35%～9.15%）。

2.1.2 八种原醋中挥发性物质成分分析

醛类物质的产生主要是醋加工过程中由还原糖通过Maillard反应或焦糖反应降解而形成的[21]。由表1可知，壬醛、3-糠醛、苯甲醛是八种原醋中出现最多的醛类物质，其中山楂原醋中的3-糠醛相对含量最高，达到16.81%，其次是桑葚原醋，达10.38%，其他六种原醋中的相对含量则都在10%以下。而苯甲醛则是八种原醋所共有的，具有非常强烈的杏仁味[22]，桑葚原醋中相对含量最高，达11.86%，而梨原醋、葡萄原醋及柿子原醋中的含量则分别只有0.01%、0.13%和0.07%。

酯类物质主要来自发酵过程中酸类物质和醇类物质的酯化反应。由图1B及表1可知，八种原醋中的酯类物质的种类是最多的，其中乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸苄酯、乙酸苯乙酯等在八种原醋中基本都有出现。这类物质一般具有令人愉悦的水果香味[23-24]，对原醋的香气成分有着很重要的影响。

醇类物质的产生主要来自酵母作用下氨基酸的代谢物[11]。由表1可知，乙醇、（R）-（-）-2-丁醇、异丁醇、异戊醇、2-丙基-1-戊醇、苯乙醇等在八种原醋中含量较高，尤其是苯乙醇更是八种原醋中所共有的，在梨原醋中的相对含量最少（0.10%），在葡萄原醋中最多（1.25%），具有令人愉悦的玫瑰花香[25]。

酸类物质的产生主要是在醋酸菌的酸发酵过程中形成的，它们对醋的味道起着重要的作用[26]。由表1可知，八种原醋中乙酸的相对含量有较大的差异，大米原醋中相对含量只有28.60%，香蕉原醋中高达83.35%，主要来自碳水化合物经过酵母的无氧呼吸作用生成乙醇，再通入大量氧气使醋酸杆菌大量繁殖，将乙醇转化为乙酸，而乙酸是醋酸味主要来源[24]。

酮类物质主要来自于发酵过程中微生物的代谢作用，很多都具有着令人愉悦的气味。由表1可知，八种原醋中出现频率较高的有2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮、3-乙酰基-2-丁酮，其中3-乙酰基-2-丁酮在八种原醋中同时出现，它主要来自于酒精发酵过程中某些微生物的代谢作用，大多数的酮类物质对醋的香味特征有着重要的贡献[21]。

由表1可知，其他类物质中相对含量较高的主要有川芎嗪和DL-薄荷醇，川芎嗪是由Maillard反应的Heyns和Amadori中间体的链断裂而产生[22]，在大枣原醋、大米原醋、桑葚原醋都有检测到，相对含量分别为1.30%、1.37%以及2.19%。而DL-薄荷醇只在梨原醋和柿子原醋中检测到分别为2.35%和0.81%的相对含量。

大枣原醋中特有的物质有5-甲基己醛、丙酸香叶酯、3-乙氧基丙酸乙酯、苯甲酸甲酯、3-苯丙酸乙酯、2-羟甲基苯甲酸、4-甲基-6-庚烯-3-酮、苯乙酮、苯丙酮、2,3,5-三甲基吡嗪、5-甲基-2-乙酰基呋喃，这与王洁茹等[27]的结论一致。其中的酯类物质多含有水果香、花香。梨原醋中特有的物质有乙二醇二乙酸酯、水杨酸甲酯、甲醇、3-戊烯-2-酮。这与MA X等[28]结论一致。大米原醋中特有的物质有苯乙醛、4-羟基-3-甲基苯乙酮、异丁酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、（-）-4-萜品醇。这与GONG M等[29]的结论一致。葡萄原醋中特有的物质有乙酸戊酯、庚酸乙酯、乙酸糠酯、乳酸异戊酯、DL-3-乙酰氧基丁酸乙酯、（2R,3R）-（-）-2,3-丁二醇、3-呋喃甲醇、乙酰氧基乙酸、2-正戊基呋喃。柿子原醋中特有的物质有辛酸甲酯、乙酸薄荷酯。桑葚原醋中特有的物质有异戊醛、2,3-二氢-2,2,6-三甲基苯甲醛、丁酸甲酯、丁酸异戊酯、3-甲基苯基丁酸酯、丁酸苯乙酯、2-乙基己醇、异丁酸酐、丙酸、丁酸。山楂原醋中独有的物质有正己醛、庚醛、正辛醛、十二醛、异戊酸甲酯、醋酸-2-乙基己酯、苯乙酸甲酯、3,4,5-三甲基-4-庚醇、环壬酮、2-乙烯基-2,6,6-三甲基四氢-2H-吡喃。醛类物质和酯类物质较多，醛类物质一般具有较低的气味阈值[30]，一般具有花的香气，是醋中重要的香气成分。香蕉原醋中独有的物质有1,3-丙二醇二乙酸酯、紫罗兰酮。后者具有紫罗兰独特的香气，丰富了香蕉原醋的风味。

2.2 ROAV分析

挥发性物质相对含量的高低并不能说明其对风味的贡献程度大小[8]，故结合各挥发性化合物的呈味阈值，进行ROAV分析。本次只对查询到阈值的化合物进行分析[31]。结果见表2。

当ROAV＞1，表示该物质对整体香气成分有着重要的贡献，为主要的香气成分，该值越大，表示对风味的贡献程度也就越大。当0.1＜ROAV＜1，则表示该物质对整体的风味成分有着重要的修饰作用[17]。

由表2可知，除了葡萄原醋和柿子原醋中的醛类物质的ROAV都＜1以外，其他六种原醋中醛类物质的ROAV值都有＞1的，特别是大米原醋和山楂原醋中都达到了5种，通过以前的研究报道得知，醛类物质可以通过Maillard反应和Strecker降解生成[32]，推测可能是由于大米原醋和山楂原醋工艺导致。

表2 八种原醋中挥发性化合物相对气味活度值Table 2 Relative odor activity value of volatile compounds in eight kinds of original vinegars

酯类物质一般具有令人愉悦的水果香味，对原醋最终的风味感官有着极显著的影响[21]。八种原醋中的关键性风味成分都有较多的酯类物质。尤其包括异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸异戊酯以及正己酸乙酯四种酯类物质。这四种酯类物质对原醋的风味有着重要的贡献，这和ACEÑA L等[23]的结论一致。异丁酸乙酯具有令人愉悦的水果香味，香气持久。异戊酸乙酯具有浓郁的水果香味。乙酸异戊酯具有香蕉和梨的香味，气味浓郁持久。正己酸乙酯具有令人愉快的气味。大枣原醋中关键性风味成分依次是异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯等。梨原醋中依次是乙酸异戊酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯等。大米原醋中依次是异丁酸乙酯、乙酸异戊酯、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯等。葡萄原醋中依次是乙酸异戊酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯和异戊酸乙酯等。柿子原醋中依次是辛酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯、异丁酸乙酯以及异戊酸乙酯等。桑葚原醋中主要是丁酸乙酯、乙酸异戊酯等。山楂原醋中依次是异戊酸乙酯、异戊酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯等。香蕉原醋中只有乙酸苯乙酯。

酮类物质很多呈现出令人愉悦的味道，像水果香味、酸奶香气以及蘑菇芳香[33]。虽然它们含量不高，但对醋的香气成分有重要的贡献[21]。除了梨原醋、葡萄原醋和柿子原醋外，2,3-丁二酮都有在其他五种原醋中出现并且ROAV均＞1，说明它是这五种原醋中的关键性风味成分之一，这与AL-DALALI S等[34]的结论一致。

3 结论

通过SPME-GC-MS技术对八种不同原料发酵得到的原醋挥发性风味成分进行分析，共检测出128种挥发性物质，包括醛类19种、酯类48种、醇类18种、酸类7种、酮类16种以及其他类20种（萜烯类、呋喃类、酚类）。苯甲醛、乙酸乙酯、乙醇、苯乙醇、醋酸、3-乙酰基-2-丁酮为八种原醋共有的挥发性化合物。结合ROAV分析，其中酯类物质包括异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸异戊酯以及正己酸乙酯独特的水果香味对八种原醋的风味有着最重要的贡献，是发酵原醋中独特清香来源的关键成分。综上所述，对不同品种原料发酵原醋风味的组成成分以及各化合物对整体风味的贡献程度进行分析，为不同品种原料发酵的原醋风味的解析以及香气成分的调控提供理论依据。